Нетрадиционные источники электроэнергии: Нетрадиционные источники энергии

Использование нетрадиционных (возобновляемых) источников энергии в России и в мире: ключевые тенденции и перспективы

2020 №5 — перейти к содержанию номера…

Постоянный адрес этой страницы — https://esj.today/18nzvn520.html

Полный текст статьи в формате PDF (объем файла: 745.3 Кбайт)

Ссылка для цитирования этой статьи:

Елисеева Е.Н., Сероокий В.Г. Использование нетрадиционных (возобновляемых) источников энергии в России и в мире: ключевые тенденции и перспективы // Вестник Евразийской науки, 2020 №5, https://esj.today/PDF/18NZVN520.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.

Елисеева Евгения Николаевна
ФГБОУ ВО «Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации», Москва, Россия
Преподаватель
Доцент кафедры «Экономика организации»
Кандидат экономических наук
E-mail: [email protected]

Сероокий Вадим Геннадиевич

Аннотация. Автором был проведен анализ актуального состояния и перспектив использования возобновляемой энергетики в мире и в России. Определена важность и необходимость развития альтернативной энергетики в современных условиях, определено её место в топливно-энергетическом комплексе. Была осуществлена оценка как нормативно-правового регулирования альтернативной энергетики в России, так и ресурсной базы рассматриваемой страны. Приведены и проанализированы статистические данные, отражающие современное состояние возобновляемой энергетики в международном аспекте как по отдельным видам возобновляемых источников энергии, так и совокупное мировое производство электроэнергии на основе возобновляемых источников энергии в целом. Из общего ряда государств, реализующих возобновляемую энергетику, отдельно выделена Австрия, как страна, анализ энергетической системы которой будет наиболее информативным. Австрия является лидером среди европейских стран по такому показателю, как доля возобновляемых источников – 75 %. В качестве непосредственного примера было выбрано предприятие Австрийские федеральные железные дороги «ÖBB», успешно внедряющее практику фокусировки на ВИЭ. Подробно проанализированы отдельные секторы возобновляемой энергетики, такие, как солнечная энергетика, ветряная энергетика, биомассовая энергетика, геотермальная энергетика, гидроэнергетика, энергия приливов и отливов. Проведена оценка степени развития альтернативной энергетики в России на основе статистических данных. В рамках этого проведена оценка ресурсной базы Российской Федерации, определены наиболее перспективными регионами с точки зрения энергетического потенциала. В результате чего мы пришли к выводу, что наиболее плотная концентрация природных ресурсов, подходящих для реализации проектов возобновляемой энергетики, характерна для Южного федерального округа Российской Федерации.

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии; альтернативная энергетика; генерация энергии; ресурсный потенциал; зеленая энергетика; энергетический потенциал; солнечная энергетика; ветряная энергетика; биомассовая энергетика; гидроэнергетика

Скачать

ISSN 2588-0101 (Online)

Проект «Нетрадиционные источники энергии» | Творческие проекты и работы учащихся

В процессе работы над индивидуальным проектом по физике «Нетрадиционные источники энергии»

Подробнее о проекте:

В готовом творческом и исследовательском проекте по физике «Нетрадиционные источники энергии» автор изучает принцип работы приливных электростанций, а также проводит опрос учащихся на тему «Альтернативные источники энергии», выясняет преимущества и недостатки каждого способа, приходит к выводу о том, какие виды наиболее выгодны и приемлемы для человека, а также вносит предложение необычных способов получения энергии.

Оглавление

Введение
1. Что такое альтернативные источники энергии?       
2. Солнечная энергетика.        
3. Ветроэнергетика.        
4. Геотермальная энергетика. Тепло Земли как источник энергии.        
5. Энергия биомассы.     
6. Приливные электростанции.         
7. Вывод.      
8. Опрос учащихся на тему «Альтернативные источники энергии».

Введение

Таким образом, развитие энергетики на невозобновляемых ресурсах ставит жесткий предел численности населения планеты. Однако уже через 75 лет население Земли может достигнуть 20 млрд человек. Отсюда видно: уже сейчас надо думать о сокращении темпов прироста населения примерно вдвое, к чему цивилизация совсем не готова.

Очевиден надвигающийся энергодемографический кризис. Это еще один веский аргумент в пользу развития нетрадиционной энергетики.  Для того, чтобы человечество существовало и стремительно развивалось, необходимо постоянно улучшать способы получения энергии. Поиск новых источников энергии и развитие альтернативных способов получения энергии – это основная приоритетная задача человечества в новом тысячелетии.

Многие специалисты энергетики считают, что единственный способ преодоления кризиса – это масштабное использование возобновляемых источников энергии: солнечной, ветровой, океанической, или как их еще называют нетрадиционных. Правда, ветряные и водяные мельницы известны с незапамятных времен, и в этом смысле они – самые, что ни есть традиционные. В наши дни поворот к использованию энергии ветра, солнца, воды происходит на новом более высоком уровне развития науки и техники.              

Энергетика – основа любых процессов во всех отраслях народного хозяйства, главное условие создания материальных благ и повышения уровня жизни людей. Энергетика сегодня является важнейшей движущей силой мирового экономического прогресса, и от ее состояния напрямую зависит благополучие миллиардов жителей планеты. Как сказано выше неуклонный рост численности людей приводит к увеличению потребления энергии.

И, если не развивать альтернативную энергетику, то это может привести к энергетическому кризису, так как с каждым днем больше истощаются запасы природных ресурсов (уголь, газ, нефть), необходимых для работы традиционной энергетики. В результате деятельности традиционной энергетики происходит отрицательное воздействие на атмосферу, литосферу и гидросферу, что увеличивает вероятность возникновения катастрофы.

Актуальность проблемы: актуальность темы обусловлена тем, что современные наиболее используемые источники электроэнергии это гидро-тепло- и атомные электростанции, но они не экологичны. Альтернативная энергетика, построенная на использовании возобновляемых источников энергии, может решить проблему экологии и исчерпаемости топливных ресурсов.                                                                                      

Цель: изучение альтернативных, нетрадиционных источников электрической энергии и выяснение который из них целесообразно использовать в ближайшем будущем. 

Задачи:

1. изучить научную литературу по данной теме;
2. выяснить, что такое альтернативные источники энергии;
3. исследовать различные альтернативные источники энергии;
4. рассказать об истории развития источников энергии;                                                                              
5. изучить принципы получения и применения энергии;
6. выявить преимущества и недостатки каждого способа;
7. сделать вывод о том, какие виды наиболее выгодны и приемлемы для человека;
8. предложить необычные способы получения энергии.

Обьект исследования: альтернативные источники энергии.

Предмет исследования: актуальность альтернативной энергетики.

Методы исследования: изучение научно популярной литературы и материал сайтов интернет; тестирование.

Гипотеза: Возможно, что альтернативные источники энергии действительно являются наиболее выгодной заменой традиционным источником.

Что такое альтернативные источники энергии?

В связи с развитием производственных технологий и значительным ухудшением экологической ситуации во многих регионах земного шара, человечество столкнулось с проблемой поиска источников энергии. С одной стороны, количество добываемой энергии должно быть достаточным для развития производства, науки и коммунально-бытовой     сферы, с другой стороны, добыча энергии не должна отрицательно сказываться на окружающей среде.

Данная постановка вопроса привела к поиску так называемых альтернативных источников энергии – источников, соответствующих вышеуказанным требованиям. Усилиями мировой науки было обнаружено множество таких источников, на данный момент большинство из них уже используется более или менее широко.

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование нетрадиционных источников энергии.

Источники энергии – «встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию». Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии – потребность получать ее из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

Альтернативные источники энергии – это приборы, способы, устройства, или сооружения, позволяющие получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющие собой традиционные источники энергии. К таким источникам энергии относят: энергию Солнца, ветра, энергию морей и океана, биомассу, тепло Земли, новые виды жидкого и газообразного топлива, представленные синтетической нефтью на основе угля, органической составляющей горючих сланцев и битуминозных пород, а также некоторые виды топливных спиртов и водород.

Многие из нетрадиционных источников энергии являются сложными энергоресурсами, компоненты которых позволяют получать и нетопливную продукцию, широко применяемую в химии, строительной индустрии, сельском хозяйстве, металлургии и т.д.

Основное преимущество альтернативных источников энергии является неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет экологический баланс планеты. Такие источники энергии играют значительную роль в решении трех глобальных проблем, стоящих перед человечеством: энергетики, экологии, продовольствия.

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика – направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде.

Солнечная энергетика использует возобновленный источник энергии и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования. Солнце является основным источником всех видов энергии, которые человек имеет в своем распоряжении. Этот резервуар неисчерпаем.

История развития солнечной энергетики

Использование линз и зеркал для фокусировки солнечных лучей, например, для нагрева воды, использовалось с древних времен, но в 1839 году французский ученый Эдмонд Беккерель начал экспериментировать с электролитическими ячейками, генерирующими электричество под воздействием солнечного света. Беккерелю было всего 19 лет, когда он создал на базе хлорида серебра и кислотного раствора ячейку, генерирующую электроэнергию под воздействием солнечных лучей.

На сегодняшний день для получения электроэнергии разрабатываются и используются различные методы, такие как термодинамический и фотоэлектрический.

Солнечная энергия представляет собой, возможно, один из наиболее перспективных источников энергии. Подумать только, что всего за восемнадцать солнечных дней Солнце поставляет, нам энергию, равную количеству энергии, которая хранится в недрах земли. Одним из наиболее распространенных устройств, которых преобразует солнечную энергию считается солнечная батарея (рис 1).

Солнечные электростанции (рис 2) активно используются более чем в 80 странах, они преобразуют солнечную энергию в электрическую. Существуют разные способы такого преобразования и, соответственно, различные типы солнечных электростанций. Наиболее распространены станции, использующие фотоэлектрические преобразователи, объединенные в солнечные батареи.

Солнечные батареи массово применяются во многих отраслях за счет своей многофункциональности и простоты.

В современной архитектуре все чаще планируют строить дома с встроенными аккумуляторными источниками солнечной энергии. Солнечные батареи устанавливают на крышах зданий или на специальных опорах. Эти здания используют тихий, надежный и безопасный источник энергии — Солнце.

Многие мировые производители электроники и бытовых приборов уже начинают внедрять солнечные панели в свою продукцию. К примеру, каждый в своей жизни сталкивался с обычным калькулятором, работающим от солнечной энергии. Помимо этого, в современном мире существует масса полезных приборов, которые оснащены небольшой солнечной панелью. Это различные зарядные устройства для мобильных телефонов и аккумуляторов, фонарики, мобильные телефоны и так далее. Потенциал огромен и не имеет границ.(рис 3)

Весьма распространено применение солнечных батарей в качестве уличного освещения. Светильники, работающие на солнечных батареях, довольно часто применяются в качестве украшения к ландшафтному дизайну.(рис 4)

В космонавтике солнечные батареи играют существенную роль. Эти устройства являются автономными источниками электричества, снабжающие электроэнергией все системы и установки жизнеобеспечения космических станций, а также обеспечивают бесперебойную и четкую работу всей аппаратуры. (рис 5) Одна из важнейших отраслей использования энергии Солнца – автомобилестроение.(рис 6)

Таблица 1. Топ стран, которые вырабатывают солнечную энергию

Таблица 2. Самые крупные СЭС России

В Краснодарском крае планируется строительство 18 солнечных электростанций. Первым проектом, запланированным к реализации на территории Крымского района, предусмотрено строительство тепловой электростанции «Ударная ТЭС».

Ветроэнергетика

Помимо этого, запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Поэтому правительства разных стран считают развитие ветроэнергетики одной из стратегических государственных задач. Например, Дания планирует к 2020 году 50 % потребности страны в электроэнергии обеспечивать за счет ветроэнергетики. А ученые находятся в постоянном поиске решений, способных усовершенствовать современные ветрогенераторы. (рис 7)

История ветроэнергетики начинается с незапамятных времён. Энергия ветра вот уже более 6000 лет надежно и верно служит людям. Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. (рис 8) В Египте (около Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во II-I вв. до н. э. В 7 в. н. э. персы строили ветряные мельницы уже более совершенной конструкции — крыльчатые. (рис 9)

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция (рис 10), а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырехлопастные роторы диаметром 23 м. В России ветряные установки использовались в основном для помола зерна.

В начале ХХ века в России насчитывалось около 250 тысяч ветряных мельниц, которые перерабатывали почти половину урожая зерновых. В настоящий момент ветроэнергетика является быстро развивающейся и перспективной отраслью. В 2007 г. общая мощность ВЭС в мире составила 94 млн. кВт с выработкой около 200 млрд.

Ветроэнергетика ХХI века Россия имеет самый большой в мире ветропотенциал, ресурсы ее ветровой энергии определены в 10,7 ГВт. На сегодня в России насчитывается около 13 МВт установленной мощности (0,1% всей вырабатываемой в стране энергии). (рис 11)

Таблица 3. Крупные ВЭС в России

В Краснодарским крае планируется строительство ВЭС. Ейская ВЭС — проект сети ветровых электростанций в Ейском районе Краснодарского края. Проект предусматривает строительство трёх ВЭС суммарной установленной мощностью 72 МВт.

Геотермальная энергетика. Тепло Земли как источник энергии

Геотермальная энергетика – это производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счет энергии, содержащейся в недрах Земли. Источниками геотермальной энергии являются магма, горячие подземные воды и сухие нагретые породы. Объем Земли составляет примерно 1085 млрд. куб. км, и весь он, за исключением тонкого слоя земной коры, имеет очень высокую температуру.

Запасы геотермальной теплоты в 35 млрд раз превышают годовое мировое потребление энергии. Лишь 1% геотермальной энергии земной коры (глубина 10 км) может дать количество энергии, в 500 раз превышающее все мировые запасы нефти и газа. Ясно, что геотермальная теплота представляет собой несомненно самый крупный источник энергии, которым в настоящее время располагает человек. Причем это энергия в чистом виде, так как она уже существует как теплота, и поэтому для ее получения не требуется сжигать топливо или создавать реакторы.

История развития

Использование геотермальной энергии имеет весьма давнюю историю. Один из первых известных примеров — Италия, местечко в провинции Тоскана, ныне называемое Лардерелло, где ещё в начале XIX века местные горячие термальные воды, изливавшиеся естественным путём или добываемые из неглубоких скважин, использовались в энергетических целях. (рис 12) Вода из подземных источников, богатая бором, употреблялась здесь для получения борной кислоты.

Первоначально эту кислоту получали методом выпаривания в железных бойлерах, а в качестве топлива брали обычные дрова из ближайших лесов, но в 1827 году Франческо Лардерел (Francesco Larderel) создал систему, работавшую на тепле самих вод. Одновременно энергию природного водяного пара начали использовать для работы буровых установок, а в начале XX века — и для отопления местных домов и теплиц. Там же, в Лардерелло, в 1904 году термальный водяной пар стал энергетическим источником для получения электричества.

Примеру Италии в конце XIX — начале XX века последовали и другие страны. В 1967 году в СССР была представлена первая электростанция, работающая по методу двойного цикла. (рис 13) Новая технология позволяла получать электроэнергию, используя гораздо меньшие температуры.

В 2006 году подобная электростанция была построена в Аляске, способная вырабатывать энергию из воды с рекордно низкой температурой 57°C. (рис 14)В 2008 г. в мире установленная мощность электрогенерирующих геотермальных установок составила около 11 млн. кВт с выработкой около 55 млрд. кВт·ч. По разным прогнозам, мощность геотермальных станций к 2030 г. возрастет до 40–70 млн. кВт.

Применение геотермальной энергии

Существует два основных способа использования геотермальной энергии: прямое использование тепла и производство электроэнергии. С этим связано и использование ее человечеством.

На сегодняшний день геотермальные ресурсы используются в сельском хозяйстве, садоводстве, аква- и термокультуре, промышленности, сфере жилищно-коммунальных хозяйств. В нескольких странах построены крупные комплексы, обеспечивающие население электроэнергией. Продолжается разработка новых систем.

Чаще всего использование геотермальной энергии в сельском хозяйстве сводится к обогреву и поливу оранжерей, теплиц, установок аква- и гидрокультуры. Подобный подход применяется в нескольких государствах — Кении, Израиле, Мексике, Греции, Гватемале и Теде.

Одна из наиболее перспективных сфер – частный сектор, для которого геотермальная энергия – это реальная альтернатива автономного газового отопления.

Таблица 4. Крупные ВЭС в мире

Таблица 5. Крупные ВЭС в России

Энергия биомассы

Биомасса Земли составляет 2420 миллиардов тонн. Люди дают около 350 миллионов тонн биомассы в живом весе или около 100 миллионов тонн в пересчете на сухую биомассу — пренебрежимо малое количество в сравнении со всей биомассой Земли. Это шестой по запасам из всех доступных источников энергии после угля, горючих сланцев, урана, нефти и природного газа. Источниками топлива из биомассы являются деревья и травянистые растения, водные и морские растения, отходы сельскохозяйственного и лесоизготовительного производства, навоз и сточные воды, свалки.

История развития и состояние на сегодняшний день

Биомасса является одним из древнейших источников энергии, однако ее использование до недавнего времени сводилось к прямому сжиганию при открытом огне или в печах и топках с относительно низким К.П.Д.

В 1970-х впервые начали обращать серьезное внимание на возможность использования биомассы в качестве замены ископаемых топлив (нефть, уголь и т.д.). В то время происходил активный поиск новых источников энергии из-за бесконтрольно растущих цен на ископаемые топлива (нефть, уголь и т.д.)и возможности их истощения, и биомасса рассматривалась как более надежная и дешевая альтернатива. Уже в 1975 году определение «биомасса» стало широко применяться. В 80-х стали активно строиться генераторы, работающие на использовании отходов лесобработки, что стало первым шагом к массовому производству энергии из биомассы. (рис15)

В 2000 году произошло еще большее улучшение биомассы. Были разработаны программы, с тем чтобы топливо, вырабатываемое биомассой, могло сочетаться с невозобновляемыми источниками энергии для сокращения потребления ископаемых видов топлива. Были также исследования о различных сельскохозяйственных культурах, которые можно выращивать для производства электроэнергии.

Использование биотоплива

Существует всего 3 вида биотоплива:

Твердое топливо (древесина) Жидкое топливо (биодизель, биоэтанол и т.д.) Газообразное топливо (биогаз)

Приливные электростанции

Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция. (рис 16)

История развития

В России c 1968 года действует экспериментальная Кислогубская ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря, вблизи поселка Ура-Губа Мурманской области. Первая и единственная приливная электростанция России. Состоит на государственном учёте как памятник науки и техники. Мощность станции — 1,7 МВт (первоначально 0,4 МВт). Станция установлена в узкой части губы Кислая, высота приливов в которой достигает 5 метров. (рис 17)

Энергия приливов использовалась людьми издавна путем устройства приливных мельниц на побережье Англии, Франции, Испании, России, Канады, США и других стран. Такие установки выполнялись путем образования бассейна при перекрытии плотинами небольших бухт, где располагались мельничные колеса, работавшие в период отлива. Диаметры колес достигали 6 м. В Англии подобная установка под арками Лондонского моста с 1580 г. в течение 250 лет качала пресную воду для водоснабжения. (рис 18)

Особенностью приливных электростанций (ПЭС) является использование ими естественно возобновляемой энергии морских приливов, природа которых связана с приливообразующей силой, возникающей при гравитационном взаимодействии Земли с Луной и Солнцем. Для водной оболочки Земли практическое значение имеет лишь горизонтальная составляющая приливообразующей силы. Из-за близости Луны к Земле величина прилива под воздействием Луны в 2,2 раза больше солнечного.

Существует мнение, что работа приливных электростанций тормозит вращение Земли, что может привести к негативным экологическим последствиям.

На этапе проектирования находится Северная ПЭС в губе Долгая-Восточная на Кольском полуострове мощностью 12 МВт. В советское время также были разработаны проекты строительства ПЭС в Мезенской губе (мощность 11 000 МВт) на Белом море, Пенжинской губе и Тугурском заливе (мощностью 8000 МВт) на Охотском море, в настоящее время статус этих проектов неизвестен, за исключением Мезенской ПЭС, включённой в инвестпроект РАО «ЕЭС». Пенжинская ПЭС могла бы стать самой мощной электростанцией в мире — проектная мощность 87 ГВт. ПЭС «Ля Ранс», построенная в эстуарии реки Ранс (Северная Бретань) имеет самую большую в мире плотину, её длина составляет 800 м. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса, соединяющая города Сен-Мало и Динард. Мощность станции составляет 240 МВт.

Другие известные станции: южнокорейская Сихвинская ПЭС (рис19), британская СиДжен (рис20), канадская ПЭС Аннаполис и норвежская ПЭС Хаммерфест.

Вывод

Таким образом, можно сделать заключение о том, что все перечисленные альтернативные источники энергии имеют крайне высокую перспективность и значимость в использовании и в дальнейшем развитии. Но на данный момент времени наиболее приемлемыми и перспективными для человека являются биомасса и солнце.

Биомасса — это практически неисчерпаемым источником энергии, так как образование отходов, выращивание растений и разведение животных – это непрекращающееся процессы. Биомасса имеет огромный потенциал в использовании. Из нее получаются различные виды топлив, которые имеют широкий спектр в применении, например, для производства электроэнергии и теплоэнергии.

Кроме того, по сравнению с другими источниками энергии, этот потенциал существенно легче применить. Образование энергии из данного источника поможет решить одну из важнейших проблем человечества – экологии. Постоянно увеличивающиеся свалки и отходы могут исчезнуть навсегда с использованием технологий получения энергии из биомассы. Для многих стран, вырабатывающих миллионы тонн отходов ежегодно, это будет несомненным спасением от экологической угрозы.

К сожалению, технологии получения энергии из биомассы все еще не совершенны настолько, чтобы полноценно заменить традиционные источники энергии. Пока  еще мало возможностей для производства энергии в широких масштабах, но с прогрессом это становится более реализуемым.

Солнце же обладает бесконечным энергетическим запасом, невозможным истратить полностью. По сравнению с другими источниками энергии, солнечную энергию относительно несложно получить и использовать для определенных нужд. Широкое применение солнечных батарей подтверждает это.

Не было бы биомассы без Солнца. Такие важнейшие источники энергии, как ветер и биомасса, являются формами проявления солнечной энергии, поэтому невозможно отрицать значимость данной звезды в альтернативной энергетике.

Опрос учащихся на тему «Альтернативные источники энергии»

В ходе исследования я выяснила, что 100% ученикам  моего класса известно о существовании альтернативных источников добывания электроэнергии. Всего 40% знают о возможности получения электрического тока из овощей и фруктов.  Из данного анализа можно сделать вывод, что необходимо больше читать и узнавать о способах добывания электроэнергии альтернативными способами, а также провести эксперимент по данной теме.

Опытно-экспериментальная деятельность

Опытным путем я решила доказать возможность получения электроэнергии из овощей и фруктов. (Приложение 2). Для создания фруктовой батареи я попробовала взять лимоны, яблоки, помидоры, картофель. Положительным полюсом определила несколько блестящих медных пластин. Для создания отрицательного полюса решила использовать оцинкованные пластины. А так же, понадобились провода, с зажимами на концах. Сделала в фруктах небольшие надрезы, куда вставила пластины (электроды). После соединения всех частей воедино у меня получилась фруктовая или овощная батарейка. Таблица 6. Исследование. (Приложение 2, рис 1)

Вывод: Исследования показали, что наибольшее значение силы тока наблюдается у сырого картофеля и лимона.

Затем я исследовала разные комбинации последовательного соединения элементов, фруктов и овощей (Приложение 2,рис. 2).

Таблица 7. Разные комбинации последовательного соединения элементов

Вывод: соединяя последовательно объекты исследования, выяснила, что  в группе наших овощей и фруктов лидером по полученному напряжению стало помидор и картошка. Вытаскивая медную и цинковую пластины из овощей и фруктов, мы обратили внимание на то, что они сильно окислились. Это значит, что кислота вступала в реакцию с цинком и медью. За счет этой химической реакции и протекал очень слабый электрический ток.

Подводя итоги нашей работы можно с уверенностью сказать, что проведя эксперименты, мы, с одной стороны, убедились в том, что даже привычные нам предметы питания могут выступать в необычной роли. С другой стороны, мы убедились в выполнении законов физики. Фрукты и овощи могут служить источниками тока, если ввести в них медный и цинковый электроды.

Заключение

Человечество на данном этапе развития не может существовать без энергетики. Все процессы, так или иначе, связаны с ней. И неизменно то, что доля потребления энергии всегда возрастает. Традиционные источники энергии уже не способны удовлетворить бесконечные энергетические потребности без помощи нетрадиционных.

За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не только потому, что старый источник был исчерпан, а еще по причине он переставал быть выгодным для человека. Так, запасы древесины казались безграничными, но для более развитых машин потребовались более производительные «корма», что и привело к использованию каменного угля. Но потом уже пришли на смену нефть и газ.

Вот нефть и газ движутся к тому, чтобы быть заменёнными. Эти традиционные энергоносители довольно близки к исчерпанию: запасов нефти и природного газа предполагается всего на 50-60 лет. Выбросы газов и сброс отходов колоссальны и могут привести к необратимым последствиям. Также неуклонно растут и цены на эти энергоносители, из-за чего, соответственно, тарифы на электричество и тепло. Эти проблемы мешают и приостанавливают развитие новых технологий в промышленности, в сельском хозяйстве и других отраслях.

Несомненно, среди традиционной энергетики есть ядерная энергетика, которая как раз лишена большинства таких недостатков. Использование ядерной энергии в производстве электроэнергии вполне экологически безопасно и экономически оправдано. Тем не менее, исходя из истории, риски использования такой энергии довольно велики.

Поэтому стремительно наступает эра экологически чистых, бесконечных по запасами недорогих источников энергии. Ветер, Солнце, геотермальные ресурсы, биомасса – все это уже сейчас используется эффективно и действенно в энергетике. И       необходимо понимать, что нельзя останавливаться в освоении и нахождении возобновляемых способов энергии, иначе, во-первых, их потенциал не раскроется, и, во-вторых, рано или поздно произойдет энергетический кризис.

Итак, можно однозначно утверждать, что альтернативные источники энергии заменят традиционные. Некоторые развитые страны, не располагая изначально природными ископаемыми, уже получают более 50% энергии из альтернативной энергетики. Совсем скоро они перестанут вообще зависеть от нефти, природного газа и др. Именно такого курса необходимо двигаться и остальным странам, в том числе и России.

Приложение

Семинар «Возобновляемые источники энергии Мурманской области. Опыт и перспективы»

Программа семинара «Возобновляемые источники энергии Мурманской области. Опыт и перспективы»

Пленарная часть

«Возможности ВИЭ для Кольской энергосистемы» к.т.н. Минин В.А., заместитель директора по научной работе, заведующей лабораторией энергосбережения и ВИЭ, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН

«О мерах поддержки генерирующих объектов на основе ВИЭ» С.В. Сибирь, ФГБУ «Российское энергетическое агентство» Минэнерго России

«О реализации мероприятий по энергосбережению и об опыте использования нетрадиционных источников электроэнергии в Мурманской области» Кольцов Э.С., начальник управления энергетической эффективности, экономики и финансов Минэнерго и ЖКХ Мурманской области

«Участие общественности в продвижении «чистых технологий» в регионе» Сергеев Ю.С., Bellona

Сессия «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ И РЕАЛИЗОВАННЫЕ ПРОЕКТЫ»

«Опыт строительства и эксплуатации комбинированных ветро-солнечно-дизельных электрических станций» Фетисов В.В., заместитель генерального директора «Президент-Нева» Энергетический центр»

«Торфяная котельная в Умбе и возможности применения торфа в Мурманской области», Палагин Г.В., Генеральный директор ООО «Мурманская Биоэнергетическая компания» (Холдинг ОАО «Биоэнерго»)

«Ветроэнергетика в России: достоинства, недостатки, перспективы», Логчис П., Генеральный директор WindlifeEnergy BV

«Работа с населением в области развития возобновляемых источников энергии, Блюменталь С.В., Руководитель Информационного центра по атомной энергии

Сессия «ЧАСТНЫЕ РЕАЛИЗОВАННЫЕ ПРОЕКТЫ»

«Ветроэнергоустановка на территории предприятия», Черкесов М.В., Главный инженер GREEN HOUSE Ltd.

«Внедрение альтернативной энергетики на оленеводческой базе «ПОЛМОС», Вдовин И.В., специалист по внедрению новой техники и технологий СХПК «Тундра»

«Опыт эксплуатации ветрогенераторной установки для обеспечения энергоснабжения базовой станции «Мегафона», Шомин Д.В., Главный энергетик Мурманского регионального отделения Северо-Западного филиала ПАО «МегаФон»

В РФ намерены активно использовать альтернативные источники электроэнергии — Российская газета

Альтернативная энергетика, которая базируется на возобновляемых источниках энергии, распространена не так широко, как традиционная из-за высокой стоимости оборудования. Однако она представляет наибольший интерес с точки зрения охраны окружающей среды.

Сегодня на возобновляемые источники энергии приходится всего около 1% мировой выработки электроэнергии. Речь идет прежде всего о геотермальных электростанциях (ГеоТЭС), которые вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии. Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах — Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии и Китае. Солнечные электростанции (СЭС) работают более чем в 30 странах. В последнее время многие страны расширяют использование ветро энергетических установок (ВЭУ). Больше всего их в странах Западной Европы (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США, в Индии, Китае.

Один процент мировой выработки электроэнергии приходится на возобновляемые источники

Россия, обладающая значительными запасами нетрадиционного топлива и имеющая возможность использования одного (а иногда двух и более) возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в каждом своем регионе, не торопилась с развитием альтернативной энергетики вплоть до 2000-х годов, хотя отдельные исследования и разработки в этом направлении активно велись с 1950-1960-х годов. Не прекратили работать построенные еще в советское время электростанции на ВИЭ.

Сегодня у России есть успешный опыт создания электростанций практически на всех известных видах возобновляемых источников энергии. Проблемой является отсутствие реальной государственной поддержки альтернативных энергопроизводств.

Деньги на ветер

Энергетические ветровые зоны в России расположены в основном на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Черного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале.

Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период — период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле. Около 30% экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14% — в Северном экономическом районе, около 16% — в Западной и Восточной Сибири.

В сфере ветроэнергетики на северо-западе России работают ВЭС в поселке Куликово Калининградской области (мощность 5,1 МВт), ВЭС «Красное» в Ленинградской области (75 кВт), ВЭС «Ветроэнерго» в Мурманской области (200 кВт) и ВЭС в Коми «Воркутинских электросетей» (1,2 МВт). В центре и на юге страны — Морпосадская ВЭС в Чувашии (200 кВт), ВЭС Тюпкельды в Башкирии (2,2 МВт), Калмыцкая ВЭС (1,0 МВт), Маркинская ВЭС в Ростовской области (300 кВт). На северо-востоке России — Чукотская ВЭС (2,5 МВт) и ВЭС «Южных сетей» в селе Никольское на Камчатке (500 кВт). Суммарная мощность всех российских ветроэлектростанций, по информации Росстата, составляет 13,3 МВт.

Причин же, по которым отечественная ветроэнергетика не так развита, как мировая, несколько. «С одной стороны, в России отсутствует государственная поддержка развития ветряной индустрии, а с другой — происходит субсидирование тепловой электрогенерации, — рассказал старший аналитик компании I2BF Venture Capital Александр Корчевский. — То есть практически полностью отсутствует экономическая выгода в развитии ветропарков у энергокомпаний».

По словам руководителя департамента компании «Интерком-Аудит» Андрея Приходько, в России практически отсутствуют государственные программы стимулирования инвестиций в эту отрасль. Ориентация в прошлом на крупные объекты по производству электроэнергии и сейчас по инерции определяет безразличие к ветроэнергетике в РФ. К моменту, когда ветроэнергетика стала актуальной, в СССР уже существовала развитая и современная энергосистема, а приоритетом ее дальнейшего роста была атомная энергетика.

«Подключение ветрогенераторов к централизованной энергосистеме в России не слишком одобряется, поскольку ее скачки из-за перемены ветра требуют дополнительных усилий для стабилизации», — отмечает аналитик группы «Развитие» Сергей Шандыбин..

Эксперты говорят также о мощном нефтегазовом лобби, выступающем против стимулирующих тарифных надбавок, которые сделали бы строительство ветряков более выгодным, чем угольной или газовой электростанции. «Ветряки в нашей стране почти не строятся. Основные препятствия — все еще относительно низкий уровень тарифов на электроэнергию и неразвитость законодательства. Стоимость ветряной электроэнергии слишком высока, чтобы конкурировать с обычным сетевым электричеством, — считает гендиректор AEnergy.ru Станислав Черница.

Место под солнцем

Спрос на солнечную энергетику в странах, которые стремятся уменьшить свою зависимость от нефти и сократить влияние на окружающую среду, стимулируется правительственными программами. В России такие программы пока не работают, солнечная энергетика в РФ практически отсутствует. Наша страна не упоминается ни в одном из аналитических обзоров ООН, касающихся состояния фотовольтаики в мире.

Россия обладает огромным потенциалом использования солнечной энергии. Регионы юга России, Дальнего Востока и Забайкалья отличаются высоким уровнем солнечной радиации (инсоляции), сравнимым с южными регионами Европы, где солнечная энергетика уже получила интенсивное развитие.

Однако практическое использование солнечной энергии в нашей стране крайне ограничено, несмотря на широкие исследования, которые проводились и проводятся в этом направлении. В России существует лишь несколько производств солнечных модулей, которые являются основой солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ) различных типов, и очень ограниченный сегмент потребителей, готовых приобретать СФЭУ.

Сегодня возникает одновременно целый ряд проектов по созданию и развитию производства СФЭУ в России. Проект строительства завода по производству солнечных модулей на базе передовой тонкопленочной технологии в Чувашии — один из таких широкомасштабных проектов. Производственная мощность завода составит около 1 млн модулей (130 МВт) в год.

Выступая на «круглом столе» «Новая индустриализация», генеральный директор компании «АльтЭнерго» Виктор Филатов заявил, что в Белгородской области может появиться завод по производству солнечных батарей и ветрогенераторов.

По словам директора компании, поддержать такой проект может РОСНАНО. Завод будет производить солнечные батареи и ветрогенераторы.

В настоящий момент суммарный объем введенных мощностей солнечной генерации в России, по разным оценкам, составляет не более 5 МВт. Большая часть установок приходится на домохозяйства. Наиболее крупным промышленным объектом является солнечная электростанция, которая была введена в эксплуатацию в прошлом году в Белгородской области, ее мощность составляет 100 кВт (крупнейшая в мире — 80 000 кВт, в Канаде).

Среди проектов солнечной генерации в России можно отметить пилотные проекты компании «Хевел» по строительству солнечных парков в Ставропольском крае (мощностью 12 МВт) и Республике Дагестан (10 МВт), оба проекта находятся сейчас в стадии предварительной проработки, так как ожидают введения пилотного механизма стимулирования объектов ВИЭ. Кроме того, существует и ряд мелких проектов, которые компании-энтузиасты развивают, несмотря на отсутствие мер поддержки. Например, «Сахаэнерго» поставило маленькую экспериментальную станцию на 10 кВт в Якутии, есть маленькие установки в Москве, например в Музее космонавтики.

Есть примеры использования солнечных батарей и московским правительством, в частности, при помощи солнечных модулей освещаются подъезды и дворы нескольких домов в Леонтьевском переулке и на Мичуринском проспекте, что позволило сэкономить до 25% расходов на оплату освещения в домах. На северо-западе Москвы (на Тимирязевской улице) солнечные батареи установлены на крыше одной из автобусных остановок. Энергия солнца обеспечивает работу справочно-информационной транспортной системы и Wi-Fi.

Между тем

В Москве намерены активно использовать альтернативные источники электроэнергии в городских условиях. Так, еще летом 2011 года в рамках проекта «Солнечный Интернет» были установлены первые автономные интернет-модули (Wi-Fi антенны), работающие на солнечной энергии в городских парках музея-заповедника «Царицыно» и парке «Сокольники». Готовятся к экспертизе проекты солнечного освещения в Бирюлевском дендропарке, а также Лосиный остров, Медведково, Лианозово.

Баранов Н.Н. Нетрадиционные источники и методы преобразования их энергии (М., 2012).

Предисловие .................................................... 11
Введение ....................................................... 13

Часть I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИИ И
ЭНЕРГОРЕСУРСАХ ................................................. 15

Глава 1  Естественное органическое топливо ..................... 15

Глава 2  Запасы и потребление топливных энергоресурсов ......... 18
2.1  Экономия топлива и энергосбережение ....................... 25
2.2  Традиционная энергетика и окружающая среда ................ 27

Часть II НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ..... 33

Глава 3  Общие сведения о возобновляемых источниках энергии .... 33
3.1  Природные потоки энергии .................................. 33
3.2  Классификация возобновляемых источников энергии ........... 34
3.3  Потенциальные ресурсы возобновляемых источников энергии ... 37
3.4  Общие характерные особенности возобновляемых источников
     энергии и факторы, влияющие на их развитие ................ 38

Глава 4  Солнечная энергия и методы ее преобразования .......... 44
4.1  Солнце как источник энергии ............................... 44
4.2  Методы и устройства преобразования солнечной энергии
     в другие виды энергии ..................................... 52
     4.2.1  Солнечные тепловые коллекторы ...................... 52
     4.2.2  Солнечные электростанции башенного типа ............ 58
     4.2.3  Солнечные абсорбционные холодильники ............... 63
     4.2.4  Солнечные тепловые машины и двигатели .............. 64
     4.2.5  Солнечные пруды .................................... 68
     4.2.6  Солнечные дистилляторы (опреснители воды) .......... 70
     4.2.7  Солнечные сушилки .................................. 71
     4.2.8  Солнечные печи ..................................... 73

Глава 5  Ветровая энергия и методы ее преобразования ........... 76
5.1  Ветер как источник энергии ................................ 76
5.2  Методы и устройства преобразования ветровой энергии
     в другие виды энергии ..................................... 79
     5.2.1  Основные типы ветроэнергетических установок ........ 80
5.3  Потенциальные возможности и перспективы развития
     ветроэнергетики ........................................... 85

Глава 6  Геотермальная энергия и методы ее преобразования ...... 90
6.1. Недра Земли как источник энергии .......................... 90
6.2  Классификация и направления использования
     геотермальных ресурсов .................................... 95
     6.2.1  Геотермальные электростанции ....................... 96
     6.2.2  Геотермальное теплоснабжение ....................... 99
6.3  Современное состояние и перспективы развития
     геотермальной энергетики ................................. 101

Глава 7  Энергия биомассы и методы ее преобразования .......... 106
7.1  Биомасса как источник энергии ............................ 106
7.2  Основные "поставщики" биомассы и биоотходов .............. 107
7.3  Методы и устройства "энергетической" переработки
     биомассы ................................................. 109
7.4  Производство спиртов из биомассы ......................... 116
7.5  Получение древесного угля ................................ 119
7.6  Синтетические углеводороды ............................... 120
7.7  Комплексные системы переработки бытовых отходов .......... 120

Глава 8  Энергия океана и методы ее преобразования ............ 124
8.1  Океан как источник энергии ............................... 124
     8.1.1  Тепловая энергия океана ........................... 124
     8.1.2  Энергия морских приливов .......................... 125
     8.1.3  Энергия волн ...................................... 126
     8.1.4  Энергия течений ................................... 128
     8.1.5  Энергия градиентов солености ...................... 129
8.2  Методы и устройства преобразования энергии океана ........ 130
     8.2.1  Океанские тепловые электростанции ................. 131
     8.2.2  Арктические океанские тепловые электростанции  .... 135
     8.2.3  Приливные электростанции .......................... 137
     8.2.4  Волновые энергоустановки .......................... 141
     8.2.5  Электростанции океанических (морских) течений ..... 143
     8.2.6  Энергопреобразователи, использующие градиент
            солености ......................................... 144

Глава 9  Энергия водорода и методы ее преобразования .......... 146
9.1  Водород как универсальное энергетическое топливо и
     энергоноситель ........................................... 146
9.2  Методы получения водорода ................................ 148
     9.2.1  Конверсия природного газа ......................... 148
     9.2.2  Переработка угля .................................. 149
     9.2.3  Электролиз и фотолиз воды ......................... 149
9.3  Методы транспортировки, хранения и распределения
     водорода ................................................. 152
     9.3.1  Газообразный водород .............................. 152
     9.3.2  Жидкий водород .................................... 154
     9.3.3  Металлогидриды .................................... 156
9.4  Возможные направления использования водорода в
     энергетике и на транспорте ............................... 159
     9.4.1. Покрытие переменной части графика нагрузок
            энергосистем  ..................................... 159
     9.4.2  Трубопроводный транспорт газообразного водорода
            для передачи больших потоков энергии .............. 161
     9.4.3  Хемотермические системы транспорта тепловой
            энергии ........................................... 162
     9.4.4  Водород в межотраслевых энерготехнологических
            комплексах ........................................ 163
     9.4.5  Водород для бытовых нужд .......................... 164
     9.4.6  Водород в автотранспорте .......................... 164
     9.4.7  Жидкий водород в авиации .......................... 166

Глава 10 Методы и устройства аккумулирования энергии
         нетрадиционных источников ............................ 169
10.1 Назначение аккумулирующих устройств ...................... 169
10.2 Механические системы аккумулирования энергии ............. 170
     10.2.1 Гидроаккумулирующие электростанции ................ 170
     10.2.2 Воздухоаккумулирующие установки ................... 172
     10.2.3 Инерционные накопители (маховики) ................. 174
10.3 Химические системы аккумулирования энергии ............... 176
     10.3.1 Термохимические накопители ........................ 177
     10.3.2 Электрохимические аккумуляторы .................... 178
10.4 Электрические системы аккумулирования энергии ............ 179
     10.4.1 Электростатические конденсаторы ................... 180
     10.4.2 Электромагнитные накопители ....................... 182
10.5 Системы аккумулирования теплоты .......................... 185
     10.5.1 Аккумулирование явной теплоты ..................... 187
     10.5.2 Аккумулирование скрытой теплоты ................... 188

Глава 11 Методы и устройства повышения эффективности
         низкопотенциального тепла ............................ 192
11.1 Источники низкопотенциального тепла ...................... 192
11.2 Тепловые насосы .......................................... 193
11.3 Паротурбинные установки с низкокипящим теплоносителем .... 196

Глава 12 Экологические аспекты использования нетрадиционных
         источников энергии ................................... 199
12.1 Особенности локального воздействия нетрадиционных
     и возобновляемых источников энергии на окружающую
     среду .................................................... 199
12.2 Комплексное решение вопросов охраны окружающей среды
     при использовании нетрадиционных и возобновляемых
     источников энергии ....................................... 207

Глава 13 Экономические аспекты использования нетрадиционных
         источников энергии ................................... 209

Часть III МЕТОДЫ ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВИДОВ ЭНЕРГИИ ......... 215

Глава 14  Отличительные особенности нетрадиционных
          энергоустановок прямого преобразования энергии ...... 215

Глава 15 Фотоэлектрическое преобразование энергии ............ 218
15.1 Физические основы, принцип действия и устройство
     фотоэлектрического преобразователя ....................... 218
15.2 Основные направления исследований и разработок ........... 222
15.3 Области и перспективы практического применения ........... 227
     15.3.1 Космическая фотоэлектрическая энергетика .......... 227
     15.3.2 Наземное использование фотопреобразователей ....... 232
     15.3.3 Тонкопленочные солнечные батареи из аморфного
            кремния ........................................... 237

Глава 16 Термоэлектрическое преобразование энергии ............ 241
16.1 Физические основы, принцип действия и устройство
     термоэлектрического преобразователя ...................... 241
16.2 Основные направления исследований и разработок ........... 247
16.3 Области и перспективы практического применения ........... 249
     16.3.1 Автономные источники питания на органическом
            топливе ........................................... 250
     16.3.2 Реакторные термоэлектрические генераторы .......... 254
            Реакторные ТЭГ наземного (двойного) применения .... 254
            Реакторные ТЭГ космического применения ............ 255
            Реакторные ТЭГ морского применения ................ 256
            Радиоизотопные термоэлектрические генераторы ...... 257
     16.3.3 Предпусковые подогреватели и отопители
            моторной техники .................................. 258
     16.3.4 Термоэлектрические охлаждающие устройства ......... 258

Глава 17 Электрохимическое преобразование энергии ............. 264
17.1 Физические основы, принцип действия и устройство
     электрохимического преобразователя ....................... 264
17.2 Основные направления исследований и разработок ........... 266
17.3 Области и перспективы практического применения ........... 271

Глава 18 Термоэмиссионное преобразование энергии .............. 279
18.1 Физические основы, принцип действия и устройство
     термоэмиссионного преобразователя ........................ 279
18.2 Основные направления исследований и разработок ........... 283
18.3 Области и перспективы практического применения ........... 287
     18.3.1 Термоэмиссионная ядерная энергоустановка .......... 289
     18.3.2 Солнечный термоэмиссионный преобразователь ........ 292
     18.3.3 Термоэмиссионная энергоустановка на органическом
            топливе ........................................... 292

Глава 19 Магнитогидродинамическое преобразование энергии ...... 295
19.1 Физические основы, принцип действия и устройство
     магнитогидродинамического преобразователя ................ 295
19.2 Основные направления исследований и разработок ........... 301
     19.2.1 Энергетические МГД-генераторы ..................... 301
            Открытый цикл ..................................... 302
            Замкнутый цикл .................................... 304
     19.2.2 Импульсные МГД-генераторы ......................... 305
     19.2.3 Электроэнергетические и энергосиловые установки
            с МГД-генераторами специального назначения ........ 306
     19.2.4 Новые направления исследований .................... 308
19.3 Области и перспективы практического применения ........... 309
     19.3.1 Энергетические МГД-установки ...................... 309
            МГД-генератор на продуктах сгорания с добавкой
            аргона ............................................ 310
            МГД-генератор с токонесущими неоднородностями ..... 311
     19.3.2 Импульсные МГД-установки народнохозяйственного
            назначения ........................................ 313
     19.3.3 Автономные энергосиловые МГД-установки
            специального назначения ........................... 315
            Автономные энергоустановки с импульсными МГДГ
            на химическом топливе ............................. 315
            Автономные энергоустановки с МГДГ и ядерным
            реактором ......................................... 316
            Энергосиловые МГД-установки ....................... 317
            МГД-движители ..................................... 317
     19.3.4 Технологические МГД-устройства .................... 318
            МГД-насосы ........................................ 318
            МГД-устройства в составе металлургических
            агрегатов ......................................... 319
            МГД-грануляторы ................................... 319
            МГД-технология получения новых материалов  ........ 320
            МГД-сепараторы .................................... 320

Часть IV ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И РЕСУРСА
НЕТРАДИЦИОННЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ 
ЭНЕРГИИ ....................................................... 322

Глава 20 Факторы, влияющие на ресурс и надежность
         энергоустановок прямого преобразования энергии ....... 324

Глава 21 Методы флуктуационной диагностики состояния и
         работоспособности энергоустановок .................... 326

Глава 22 Варианты технической реализации систем контроля,
         защиты и управления ЭУ ППЭ ........................... 335
22.1 Унифицированный диагностический комплекс для экспресс-
     контроля ЭУ ППЭ .......................................... 335
22.2 Автоматизированные системы контроля и предотвращения
     аварийных ситуаций при работе энергоустановок ............ 336

Часть V ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С
НЕТРАДИЦИОННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ ........................... 339

Глава 23 Особенности нетрадиционных энергоисточников
         прямого преобразования энергии как
         электротехнических устройств ......................... 339

Глава 24 Основные причины снижения надежности и ухудшения
         качества электроэнергии при совместной работе НЭИ
         ППЭ и полупроводниковых преобразовательных
         устройств ............................................ 341

Глава 25 Выбор полупроводниковых преобразовательных
         устройств для систем с нетрадиционными источниками
         электроэнергии ....................................... 344
25.1 Назначение и рабочие функции ППУ в составе схем
     электроснабжения с НЭИ ППЭ ............................... 344
25.2 Преобразователи постоянного тока в постоянный с
     изменением уровня напряжения ............................. 347
25.3 Новые разработанные модели ППУ ........................... 348

Глава 26 Новые схемные решения, направленные на повышение
         качества электроэнергии у потребителей ............... 351

Глава 27 Оптимизация структурной схемы системы
         электроснабжения для работы в автономном режиме и
         совместно с сетью .................................... 353
27.1 Структуры с источниками малой и средней мощности ......... 353
27.2 Структуры с источниками большой мощности ................. 356

Глава 28 Примеры выполненных практических разработок .......... 357
28.1 Система комбинированного электроснабжения с
     использованием фотоэлектрических генераторов (солнечных
     батарей) ................................................. 357
28.2 Резервный источник электроэнергии на основе
     электрохимического генератора ............................ 360

Заключение .................................................... 364
Послесловие ................................................... 365
Вопросы и задания для проверки знаний по дисциплине
"Нетрадиционные источники и методы преобразования энергии" .... 369
Список литературы ............................................. 376

Кафедра нетрадиционных и возобновляемых источников энерги

Краткая история кафедры

 Открытие кафедры «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» в КРСУ было продиктовано необходимостью подготовки специалистов, способных проектировать и эксплуатировать установки для выработки электроэнергии, используя ресурсы малых рек (малые ГЭС), ветро- и гелиоресурсы, позволяющие сократить долю использования тепловых станций в общем объеме выработки электроэнергии. Учитывая условия рыночной экономики, перспективы трудоустройства и востребованность выпускников кафедры, учебный план предполагает углубленное изучение и специализацию в вопросах электроснабжения, эксплуатации энергетического оборудования на ТЭЦ, ГЭС и т.д., а также глубокое изучение компьютерных технологий с учетом вышеуказанных специализаций.
 Кафедра ведет подготовку: с 2011 г. по 4-летней и 2-летней образовательной программе ФГОС-3  13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» — бакалавр и магистр.

Студенты специальности НВИЭ на младших курсах изучают общие гуманитарные, социально-экономические, математические и естественнонаучные дисциплины. В большем объеме, чем в других технических вузах, изучаются английский язык и информатика. На старших курсах изучаются общепрофессиональные и специальные дисциплины направления НВИЭ.

Наши выпускники работают на ТЭЦ г. Бишкека, в ОАО «Национальная электрическая сеть Кыргызстана», ОАО «Национальная энергетическая холдинговая компания», в Национальном комитете Кыргызской Республики по антимонопольной политике и развитию конкуренции, в АО Мосэнерго, АО Ростовэнерго, АО Тюменэнерго, на Бурейской ГЭС, Чимкентской ТЭЦ, продолжают обучение в магистратуре и аспирантуре в КРСУ и за рубежом.

Направление электроэнергетики было создано в составе кафедры Инженерно-технических дисциплин (ИТД) 1 сентября 1995 года. В 1998 году из состава кафедры ИТД была выделена в отдельную структуру кафедра Нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.
Открытие кафедры «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» в КРСУ, обеспечивающей выпуск специалистов, продиктовано тем, что использование для выработки электроэнергии малых и микроГЭС, ветро- и гелиоустановок позволит сократить долю использования тепловых станций в общем объеме выработки электроэнергии.
Ученые кафедры участвуют в международных проектах, проводят хоздоговорные исследования на внедренных в производство сооружениях.
Первый выпуск инженеров по специальности был осуществлен в 2000 г., когда из 15 дипломников кафедры – 15 защитили дипломные проекты с оценкой «отлично».
В 1997 году на кафедре открыта аспирантура по специальности «Энергетические системы и комплексы».
 
Преподаватели кафедры «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»:

• имеют ученую степень доктора наук (ученое звание профессора) – 10%;
• имеют ученую степень кандидата наук (ученое звание доцента) – 70%.

     Повышение квалификации по профилю преподаваемой дисциплины прошли 60% преподавателей   
​Доля преподавателей, имеющих ученую степень и ученое звание, соответствуют лицензионным требованиям по ООП 13.02.03. направление «Электроэнергетика и электротехника» профиль «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии».

HydroMuseum – Нетрадиционные источники электроэнергии

Нетрадиционные источники электроэнергии

К ним обычно относят солнечную, ветровую и геотермальную энергию, энергию морских приливов и волн,  биомассы (растения, различные виды органических отходов), низкопотенциальную энергию окружающей среды. К НВИЭ также принято относить малые ГЭС (мощностью до 30 МВт при мощности единичного агрегата не более 10 МВт), которые отличаются от традиционных – более крупных – ГЭС только масштабом.

Рис. 1. Поле зеркал-гелиостатов Крымской солнечной электростанции

Указанные источники энергии имеют как положительные, так и отрицательные свойства. К положительным относятся повсеместная распространенность большинства их видов, экологическая чистота. Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников как бы бесплатная.

Рис. 2.На спине у верблюда – фотоэлектрическая установка

Отрицательные качества – это малая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ. Первое обстоятельство заставляет создавать большие площади энергоустановок, «перехватывающие» поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных установок, площадь ветроколеса, протяженные плотины приливных электростанций и т.п.). Это приводит к большой материалоемкости подобных устройств, а, следовательно, к увеличению удельных капиталовложений по сравнению с традиционными энергоустановками. Правда, повышенные капиталовложения впоследствии окупаются за счет низких эксплуатационных затрат, но на начальной стадии они чувствительно «бьют по карману» тех, кто хочет использовать НВИЭ.

Рис. 3. Приливная электростанция Ранс во Франции

Больше неприятностей доставляет изменчивость во времени таких источников энергии, как солнечное излучение, ветер, приливы, сток малых рек, тепло окружающей среды. Если, например, изменение энергии приливов строго циклично, то процесс поступления солнечной энергии, хотя в целом и закономерен, содержит, тем не менее, значительный элемент случайности, связанный с погодными условиями. Еще более изменчива и непредсказуема энергия ветра. Зато геотермальные установки при неизменном дебите геотермального флюида в скважинах гарантируют постоянную выработку энергии (электрической или тепловой). Кроме того, стабильное производство энергии могут обеспечить установки, использующие биомассу, если они снабжаются требуемым количеством этого «энергетического сырья».

Рис. 4. Ветровая электростанция

Говоря о производстве электроэнергии, следует заметить, что она представляет собой весьма специфический вид продукции, который должен быть потреблен в тот же момент, что и произведен. Ее нельзя отправить «на склад», как уголь, нефть или любой другой продукт или товар, поскольку фундаментальная научно-техническая проблема аккумулирования электроэнергии в больших количествах пока не решена, и нет оснований полагать, что она будет решена в обозримом будущем.
Для малых автономных ветровых и солнечных энергоустановок возможно и целесообразно применение электрохимических аккумуляторов, но при производстве электроэнергии за счет этих нерегулируемых источников в промышленных масштабах возникают трудности, связанные с невозможностью постоянного сопряжения производства электроэнергии с ее потреблением (с графиком нагрузки). Достаточно мощная энергосистема, включающая также ветроэлектрические установки (ВЭУ) или ветроэлектростанции (ВЭС) и солнечные электростанции (СЭС), может компенсировать изменения мощности этих станций. Однако при этом, во избежание изменений параметров энергосистемы (прежде всего частоты), доля нерегулируемых электростанций не должна превышать, по предварительной оценке, 10-15% (по мощности).
Что же касается «бесплатности» большинства видов НВИЭ, то этот фактор нивелируется значительными расходами на приобретение соответствующего оборудования. В результате возникает некоторый парадокс, состоящий в том, что бесплатную энергию способны использовать, главным образом, богатые страны. В то же время наиболее заинтересованы в эксплуатации НВИЭ развивающиеся государства, не имеющие современной энергетической инфраструктуры, то есть развитой сети централизованного энергоснабжения. Для них создание автономного энергообеспечения путем применения нетрадиционных источников могло бы стать решением проблемы, но в силу своей бедности они не имеют средств на закупку в достаточном количестве соответствующего оборудования. Богатые же страны энергетического голода не испытывают и проявляют интерес к альтернативной энергетике в основном по соображениям экологии, энергосбережения и диверсификации источников энергии.

Закон о нетрадиционных возобновляемых источниках энергии (Закон 20.257) — Политика

Закон № 20,257, более известный как Закон о нетрадиционных возобновляемых источниках энергии (Закон NCRE), принятый 1 апреля 2008 года, направлен на удовлетворение будущих потребностей в энергии за счет разработки нетрадиционных возобновляемых источников энергии, таких как геотермальная, ветровая, солнечная, приливные, биомассовые и малые гидроэлектростанции.

Закон требует, чтобы компании, поставляющие электроэнергию, снимающие электроэнергию для выполнения своих договорных обязательств, продемонстрировали, что определенный процент их общего объема энергии был введен в систему из нетрадиционных источников энергии.Энергия может производиться на собственных заводах или по контракту с третьими сторонами.

Эта квота вступила в силу в начале 2010 года, и до 2014 года потребует, чтобы 5% электроэнергии поступало из нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Начиная с 2015 года, обязательство будет увеличиваться на 0,5% ежегодно, достигнув 10% в 2024 году.

Закон будет применяться ко всем соглашениям, заключенным по состоянию на 31 мая 2007 года (новые соглашения, продление, продление или аналогичные договоренности). Несоблюдение закона повлечет наложение штрафа в размере 0.4 UTM (ежемесячная налоговая единица), что эквивалентно примерно 16 179 чилийских песо за МВт, не полученным из источников НКЭ в год.

Срок действия обязательства — 25 лет (2010-2034). Hydro считается нетрадиционным источником, если мощность ниже 20 МВт. Однако для установки, производящей от 20 до 40 МВт, часть энергии может считаться нетрадиционной на основании функции убывания, при этом нетрадиционное энергосодержание установки на 40 МВт равно нулю.

Хотите узнать больше об этой политике? Узнать большеУзнать больше

• Возобновляемая энергияУдалить фильтр

Нетрадиционных источников энергии в перспективе Индии

Нетрадиционные источники энергии в перспективе Индии

РЕФЕРАТ: Источники энергии, которые являются исчерпаемыми и непрерывно производятся в природе, называются нетрадиционными источниками энергии или возобновляемыми источниками энергии.Некоторые из этих источников включают солнечную энергию, энергию ветра и приливную энергию. Традиционные источники энергии в основном основаны на ископаемом топливе, запасы которого в природе ограничены и, следовательно, в будущем они исчезнут. Поскольку развитие и прогресс человечества тесно связаны с источниками энергии, многие страны во всем мире занялись поиском и разработкой нетрадиционных источников энергии, которые были бы очень важны для поддержания жизненного цикла человека.

1.ВВЕДЕНИЕ

Энергия — это основная и наиболее универсальная мера всех видов деятельности человека и природы. Все, что происходит в мире, является выражением потока энергии в одной из его форм. Энергия — это основной фактор, необходимый для управления жизненным циклом и его улучшения. Потребление энергии тесно связано с прогрессом человечества. В будущем повышение уровня жизни человечества, индустриализация развивающихся стран и глобальный спрос на энергию будут расти с каждым ростом населения.Развитие инфраструктуры играет важную роль в поддержании экономического роста. Энергетический сектор — одна из важнейших составляющих инфраструктуры. В целом Индия зависит от обычных источников энергии, таких как тепловая, гидро- и ядерная.

2. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Обычные источники энергии, как правило, являются невозобновляемыми источниками энергии, которые используются уже давно. Эти источники энергии широко используются таким образом, что их известные запасы в значительной степени истощены.Источники энергии, которые непрерывно производятся в природе и являются исчерпаемыми, называются нетрадиционными (или) возобновляемыми источниками энергии. На рисунке 1 представлены графические изображения различных форм нетрадиционных источников энергии и вариантов возобновляемых источников энергии, соответственно.

Вкратце обсуждаются различные нетрадиционные источники:

2.1 Солнечная энергия

Солнечная энергия является наиболее доступным и бесплатным источником энергии с доисторических времен.Подсчитано, что ежегодно на Землю поступает солнечная энергия, в 15 000 раз превышающая годовое коммерческое потребление энергии в мире. Солнечная энергия может использоваться двумя разными способами: солнечно-тепловым и солнечно-электрическим (солнечно-фотоэлектрическим). Солнечный тепловой путь использует солнечное тепло для производства горячей воды или воздуха, приготовления пищи, сушки материалов и т.д.В солнечном тепловом пути солнечная энергия может быть преобразована в тепловую энергию с помощью солнечных коллекторов и приемников, известных как солнечные тепловые устройства.

2,2 Энергия ветра

Энергия ветра — это в основном использование энергии ветра для производства электроэнергии. Кинетическая энергия ветра преобразуется в электрическую. Когда солнечное излучение попадает в атмосферу Земли, различные области атмосферы нагреваются до разной степени из-за кривизны Земли.Этот нагрев выше на экваторе и меньше всего на полюсах. Поскольку воздух имеет тенденцию течь из более теплых регионов в более прохладные, это вызывает то, что мы называем ветрами, и именно эти воздушные потоки используются в ветряных мельницах и ветряных турбинах для производства энергии. Теперь энергия ветра используется для производства электроэнергии в более крупных масштабах с использованием более совершенных технологий.

2.3 Биоэнергия

Ожидается, что биоэнергетика в виде биогаза, получаемого из биомассы, станет одним из ключевых энергетических ресурсов для глобального устойчивого развития.Биомасса — это возобновляемый энергетический ресурс, получаемый из углеродсодержащих отходов различной деятельности человека и природы. Биомасса не добавляет углекислый газ в атмосферу, поскольку при выращивании поглощает такое же количество углерода, как и при использовании в качестве топлива. Его преимущество в том, что его можно использовать для выработки электроэнергии с помощью того же оборудования, которое сейчас используется для сжигания ископаемого топлива. Биоэнергия используется для приготовления пищи, механических применений, перекачки, выработки электроэнергии и т. Д.

2.4 Гидроэнергетика

Потенциальная энергия падающей воды, захваченная и преобразованная в механическую энергию водяными колесами, положила начало промышленной революции. Везде, где можно было найти достаточный напор или перепад высот, реки и ручьи перекрывали плотинами и строили мельницы. Вода под давлением проходит через турбину и заставляет ее вращаться. Турбина подключена к генератору, вырабатывающему электричество.

2,5 Энергия океана

Океан содержит два типа энергии: тепловую энергию солнечного тепла и механическую энергию приливов и волн.Тепловая энергия океана используется для многих целей, включая производство электроэнергии. Существует три типа систем преобразования электроэнергии: замкнутый цикл, открытый цикл и гибридный. В системах с замкнутым циклом используется теплая поверхностная вода океана для испарения рабочей жидкости с низкой температурой кипения, такой как аммиак. Пар расширяется и вращает турбину. Затем турбина активирует генератор для выработки электроэнергии. Системы открытого цикла фактически кипятят морскую воду, работая при низком давлении. Это производит пар, который проходит через турбину / генератор.Гибридные системы сочетают в себе системы как с замкнутым, так и с открытым циклом. Механическая энергия океана сильно отличается от тепловой энергии океана. Несмотря на то, что солнце влияет на всю деятельность океана, приливы вызываются в основном гравитационным притяжением Луны, а волны — в основном ветрами. Плотина (плотина) обычно используется для преобразования приливной энергии в электричество путем пропускания воды через турбины и активации генератора.

2,6 Энергия из отходов

По оценкам, в городских районах Индии ежегодно образуется около 50 миллионов тонн твердых отходов и примерно 6000 миллионов кубических метров жидких отходов.В Индии существует большой потенциал производства примерно 2600 МВт электроэнергии из городских и муниципальных отходов и примерно 1300 МВт из промышленных отходов, соответственно. Всего 48 проектов суммарной мощностью около 69,62 МВт искл. были установлены в стране, что позволяет использовать только 1,8% имеющегося потенциала.

3. НАСТОЯЩЕЕ СОСТОЯНИЕ НЕТРАДИЦИОННОЙ ЭНЕРГИИ

В Индии Департамент нетрадиционных источников энергии (DNES) был создан в Министерстве энергетики в 1982 году для рассмотрения всех аспектов, связанных с новыми и возобновляемыми источниками энергии.Департамент был преобразован в отдельное Министерство нетрадиционных источников энергии (MNES) в 1992 году и переименован в Министерство новых и возобновляемых источников энергии (MNRE) в октябре 2006 года. Согласно информации, предоставленной Минприроды, начиная с 9-го плана , наблюдается постоянный рост темпов развития возобновляемых источников энергии. По имеющимся данным, установленная мощность возобновляемых источников энергии в Индии росла ежегодно на 23%, увеличившись с примерно 3900 МВт в 2002–2003 годах до примерно 24000 МВт в 2011–2012 годах. Энергия, генерируемая с помощью ветра, солнца, малых гидроэлектростанций, приливов, геотермального тепла и биомассы, известна как нетрадиционная энергия.Все эти источники являются возобновляемым процессом производства энергии и не вызывают загрязнения окружающей среды. Наша страна обладает достаточными природными ресурсами.

4. ПРЕИМУЩЕСТВА НЕТРАДИЦИОННЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ-

• Нетрадиционные / возобновляемые источники энергии — это местный источник, доступный в значительных количествах для всех развивающихся стран и способный, в принципе, оказывать значительное местное, региональное или национальное экономическое воздействие.
• Существует большой объем исследований и разработок в секторах нетрадиционных / возобновляемых источников энергии в отношении их будущего развития и использования в научных целях.
• Электростанции, основанные на возобновляемых источниках энергии, не требуют затрат на топливо и, следовательно, имеют незначительные эксплуатационные расходы.
• Возобновляемые источники энергии имеют низкую плотность энергии и более или менее отсутствуют проблемы загрязнения окружающей среды или экологического баланса. Обеспечение энергией экологически безопасным способом.
• Использование нетрадиционных / возобновляемых источников энергии могло бы помочь сберечь иностранную валюту и создать рабочие места на местном уровне, если технологии энергосбережения будут спроектированы, изготовлены, собраны и установлены на месте.
• Короткий период созревания и низкие вложения.

ВЫВОДЫ

Устойчивое экономическое развитие и рост любой страны тесно связаны с развитием и безопасностью ее энергетического сектора. Что касается конечных и ограниченных запасов традиционных источников энергии и их воздействия на окружающую среду, большое внимание следует уделять развитию нетрадиционных энергетических секторов и их надлежащему использованию на благо и улучшение человечества.Такие инициативы также будут полезны для создания множества возможностей трудоустройства на всех уровнях, особенно в сельской местности. Таким образом, внедрение нетрадиционных и возобновляемых источников энергии становится очень важным для развивающихся стран. В Индии есть большие возможности для развития секторов нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Индия — единственная страна, в которой есть исключительное министерство новых и нетрадиционных источников энергии. Индия обладает крупнейшей программой децентрализованной солнечной энергетики, второй по величине программой по производству биогаза и улучшенных печей и пятой по величине программой ветроэнергетики в мире.

ССЫЛКИ

• С. Хабибулла, «Нетрадиционные источники энергии для обучения сельских инженеров», опубликовано Государственным институтом профессионального образования, Управление промежуточного образования, Правительство. Андхра-Прадеш, Хайдарабад, Индия. 2005. Ссылка: http://bie.telangana.gov.in/Pdf/Nonconventionalenergy sourses.pdf.
• К.С. Сидху, «Нетрадиционные источники энергии», ссылка: www.indiacore.com/bulletin/kssidhu-non-conventional-energy-resources.pdf.

Университет Мадхав предоставляет все типы инженерных курсов —

— Машиностроение

— Гражданское строительство

— Компьютерные науки и инженерия

— Компьютерные приложения

— Электротехника

— Электроника и коммуникационная техника

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива: производство и распределение электроэнергии

Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) и полностью электрические транспортные средства (EV) — собирательно именуемые подзаряжаемыми электромобилями (PEV) — накапливают электричество в батареях для питания одного или нескольких электродвигателей.Батареи заряжаются в основном путем подключения к внешним источникам электроэнергии, произведенной из природного газа, угля, ядерной энергии, энергии ветра, гидроэнергии и солнечной энергии.

, а также PHEV, работающие в полностью электрическом режиме, не производят выхлопных газов. Однако есть выбросы, связанные с производством большей части электроэнергии в Соединенных Штатах. См. Раздел о выбросах для получения дополнительной информации о местных источниках электроэнергии и выбросах.

Производство

По данным U.По данным Управления энергетической информации США, большая часть электроэнергии в стране в 2019 году была произведена за счет природного газа, угля и ядерной энергии.

Электроэнергия также производится из возобновляемых источников, таких как гидроэнергия, биомасса, ветер, геотермальная энергия и солнечная энергия. В совокупности возобновляемые источники энергии произвели около 17% электроэнергии страны в 2019 году.

За исключением фотоэлектрической (PV) генерации, первичные источники энергии используются прямо или косвенно для перемещения лопаток турбины, подключенной к электрическому генератору.Турбогенератор преобразует механическую энергию в электрическую. В случае природного газа, угля, ядерного деления, биомассы, нефти, геотермальной энергии и солнечной энергии выделяемое тепло используется для создания пара, который перемещает лопасти турбины. В случае ветроэнергетики и гидроэнергетики лопасти турбины перемещаются непосредственно потоком ветра и воды соответственно. Солнечные фотоэлектрические панели преобразуют солнечный свет напрямую в электричество с помощью полупроводников.

Количество энергии, производимой каждым источником, зависит от сочетания видов топлива и источников энергии, используемых в вашем районе.Чтобы узнать больше, см. Раздел о выбросах. Узнайте больше о производстве электроэнергии в Управлении энергетической информации Министерства энергетики США.

Передача и распределение электроэнергии

Электроэнергия в Соединенных Штатах часто перемещается на большие расстояния от генерирующих объектов до местных распределительных подстанций через сеть высоковольтных электропередач протяженностью почти 160 000 миль. Генерирующие объекты обеспечивают энергоснабжение сети при низком напряжении от 480 вольт (В) на малых генерирующих объектах до 22 киловольт (кВ) на более крупных электростанциях.Когда электричество покидает генерирующую установку, напряжение повышается или «повышается» с помощью трансформатора (типичные диапазоны от 115 кВ до 765 кВ), чтобы минимизировать потери мощности на больших расстояниях. Поскольку электричество передается через сеть и поступает в зоны нагрузки, напряжение понижается трансформаторами подстанции (диапазоны от 69 кВ до 4,16 кВ). Чтобы подготовиться к подключению клиентов, напряжение снова снижается (бытовые клиенты используют 120/240 В; коммерческие и промышленные клиенты обычно используют 208/120 В или 480/277 В).

Подключаемые автомобили и электрическая инфраструктура

Полностью электрические автомобили и гибридные электромобили с подзарядкой от электросети представляют собой новый спрос на электроэнергию, но они вряд ли в ближайшем будущем перегрузят большую часть наших существующих генерирующих ресурсов. Значительное увеличение количества этих транспортных средств в Соединенных Штатах не обязательно потребует добавления новых мощностей по выработке электроэнергии в зависимости от того, когда, где и на каком уровне мощности заряжаются транспортные средства.

Спрос на электроэнергию растет и падает в зависимости от времени суток и времени года. Мощности по производству, передаче и распределению электроэнергии должны удовлетворять спрос в периоды пикового использования; но большую часть времени электроэнергетическая инфраструктура не работает на полную мощность. В результате электромобили и PHEV могут практически не создавать необходимости в дополнительных мощностях.

Согласно исследованию Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, существующая электроэнергетическая инфраструктура США обладает достаточной мощностью, чтобы удовлетворить около 73% потребностей в энергии легковых автомобилей страны.Согласно моделям развертывания, разработанным исследователями из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), разнообразие бытовых электрических нагрузок и электрических нагрузок должно позволить введение и рост рынка PEV при расширении сетей «умных сетей». Интеллектуальные сетевые сети обеспечивают двустороннюю связь между коммунальным предприятием и его потребителями, а также контроль линий электропередачи с помощью интеллектуальных счетчиков, интеллектуальных приборов, возобновляемых источников энергии и энергоэффективных ресурсов. Интеллектуальные сетевые сети могут предоставить возможность контролировать и защищать жилую распределительную инфраструктуру от любых негативных воздействий из-за увеличения спроса на электроэнергию со стороны транспортных средств, поскольку они способствуют зарядке в непиковые периоды и сокращают расходы для коммунальных предприятий, операторов сетей и потребителей.

Анализ NREL также продемонстрировал потенциал синергии между PEV и распределенными источниками возобновляемой энергии. Например, маломасштабные возобновляемые источники энергии, такие как солнечные панели на крыше, могут как обеспечить чистую энергию для транспортных средств, так и снизить спрос на распределительную инфраструктуру за счет выработки электроэнергии вблизи точки использования.

Коммунальные предприятия, производители транспортных средств, производители зарядного оборудования и исследователи работают над тем, чтобы обеспечить плавную интеграцию PEV в U.S. электроэнергетическая инфраструктура. Некоторые коммунальные предприятия предлагают более низкие тарифы в непиковое время, чтобы стимулировать зарядку бытовых транспортных средств, когда спрос на электроэнергию самый низкий. Транспортные средства и многие типы зарядного оборудования (также известного как оборудование подачи электромобилей или EVSE) могут быть запрограммированы так, чтобы задерживать зарядку до непиковых периодов. «Умные» модели даже способны связываться с сетью, агрегаторами нагрузки или владельцами объектов / домов, что позволяет им автоматически взимать плату, когда спрос на электроэнергию и цены на нее наиболее благоприятны; например, когда цены самые низкие, соответствуют потребностям местного распределения (например, температурным ограничениям) или соответствуют требованиям возобновляемой генерации.

Истинная стоимость обычной энергии

«Возобновляемая энергия — дорогое удовольствие, мы не можем себе этого позволить». Я слышал этот аргумент много раз. Но ошибаются те, кто это поднимает. Стоимость возобновляемой энергии не выше, чем у традиционной энергии. Вместо этого люди путают затраты с ценами и должны лучше понимать, что рыночная цена на обычную энергию не соответствует действительности.

Сравнение затрат и цен
Цена на наиболее часто используемые виды энергии — электричество и автомобильное топливо — указывается в вашем ежемесячном счете за электроэнергию или отображается на автозаправочной станции.Эта цена хорошо известна, и покупатель оплачивает ее индивидуально. На первый взгляд возобновляемая энергия действительно кажется более дорогой, чем обычная энергия. Ситуация меняется, если посмотреть на всю цепочку энергоснабжения, где возобновляемые источники энергии находятся в более выгодном положении с точки зрения затрат, чем традиционные источники энергии. Кроме того, возобновляемые источники энергии защищают воздух, воду, почву, флору и фауну от загрязняющих веществ, экономят ресурсы и используют меньше земли. Очевидно, что установки возобновляемой энергии могут быть легко разобраны и переработаны в конце их срока службы, в то время как общества во всем мире обременены финансовыми обязательствами, вызванными использованием таких традиционных источников энергии, как ядерная и угольная, и экологическим ущербом в результате добычи урана и угля и хранение радиоактивных отходов.

Выбросы углерода от ископаемой и ядерной энергии значительно выше, чем от большинства возобновляемых источников энергии. Затраты на смягчение последствий изменения климата, 50 процентов которых вызвано выбросами углерода, только недавно были доведены до сведения широкой общественности в Stern Review on the Economics of Climate Change. С другой стороны, использование возобновляемых источников энергии, как говорится в отчете, ведет к снижению затрат. Например, ветер, гидроэнергетика и биомасса выделяют в среднем 40 граммов CO2 на киловатт-час электроэнергии (кВтч), в то время как атомная электростанция, в зависимости от происхождения уранового топлива, выделяет 31-130 г CO2 на кВтч, а уголь Электростанция выбрасывает 800-1400 г CO2 на кВтч.

Дополнительные затраты, вызванные использованием традиционных источников энергии, такие как устранение ущерба окружающей среде, климату и здоровью, еще не отражены, например, в ежемесячных счетах за электроэнергию. Тем не менее, широкая публика должна разделить бремя этих дополнений. Поэтому мы начинаем не с той ноги, если будем смотреть только на цены и выбирать самый дешевый вид энергии без учета дополнительных затрат. В отличие от обычных цен на энергию, возобновляемые источники энергии говорят об экологической правде и сокращают макроэкономические затраты на энергоснабжение.

Огромный провал рынка
Ценовые искажения идут еще дальше. На протяжении многих десятилетий возобновляемые источники энергии находились в невыгодном положении из-за слабой поддержки исследований и разработок (НИОКР), минимальных субсидий и глобальных энергетических структур, адаптированных к потребностям традиционных источников энергии. Таким образом, сравнение цен на возобновляемые источники энергии с обычными энергоносителями не дает должного финансовой и политической поддержки, которую традиционные производители получали в прошлом, и преимуществ, которыми они все еще пользуются.

В период с 1974 по 1992 год страны Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) потратили, например, 168 миллиардов долларов на НИОКР в области ядерной энергии и только 22 миллиарда долларов на НИОКР в области возобновляемых источников энергии. В период с 1990 по 2004 год расходы на НИОКР в области возобновляемых источников энергии в Европейском союзе выросли с 9 процентов до всего лишь 20 процентов. По оценкам, 1 триллион долларов был потрачен на субсидирование ядерной энергетики в виде льготных кредитов, инвестиционных субсидий, освобождения от налогов на топливо и освобождения от обязательств.Напротив, для возобновляемых источников энергии субсидии составили самое большее 40 миллиардов долларов за последние 30 лет.

Несмотря на очевидное отсутствие государственной поддержки, технологии возобновляемых источников энергии показали очень хорошие результаты в последние годы. Экономия на масштабе, а также НИОКР многих малых и средних компаний привели к значительному сокращению затрат на технологии. С 1990 года они составили 68 процентов для солнечной энергии, 60 процентов для энергии ветра и 40 процентов для солнечного тепла, что в среднем привело к сокращению общих затрат на 50 процентов.Промышленность нацелена на дополнительное сокращение к 2020 году на 40 процентов — сегодняшние цены не будут завтрашними!
В сентябре 2009 года эксперты в Германии объявили, что в течение одного года цена на электроэнергию от солнечных батарей сравняется с ценой на электроэнергию из обычных источников энергии. Подобные события можно наблюдать в Испании. За последние несколько лет на Испанской энергетической бирже ветровая энергия снизила общую цену на электроэнергию в ветреные дни и продавалась по более низкой цене, чем электричество от самой дорогой угольной электростанции.То же самое произошло в Германии. В 2006 году, в то время как потребители должны были заплатить дополнительно 3,3 миллиарда евро за возобновляемую энергию, эта сумма была более чем покрыта доходом в размере 5 миллиардов евро от возобновляемой энергии. У возобновляемых источников энергии есть еще одно, очень важное побочное преимущество: они действительно создают рабочие места. В Германии количество людей, занятых в секторе возобновляемых источников энергии, увеличилось в четыре раза с 1998 года; во всем мире сейчас в этом секторе работают два с половиной миллиона человек.
Однако, несмотря на значительный технологический прогресс в области солнечных панелей и ветряных турбин, они все еще находятся в невыгодном положении, поскольку глобальная энергетическая инфраструктура, построенная на основе требований и характеристик угля, газа, нефти и урана, отдает предпочтение традиционному топливу.Страны и научные учреждения осознали проблему и начали сосредоточивать исследования и разработки на инфраструктуре интеллектуальных сетей и интеграции возобновляемых источников энергии в сеть, технологиях хранения для балансировки различных возобновляемых источников и расширениях сетей для подключения местных возобновляемых источников энергии к основной сети. Перестройка регулирующих структур глобального энергетического рынка может оказаться необходимой для приспособления к децентрализованному и нестабильному производству возобновляемой энергии, наряду с новым глобальным режимом регулирования для технологий возобновляемой энергии.Цены на возобновляемые источники энергии снизятся еще больше, когда мировая энергетическая система примет во внимание их более низкую стоимость.

Как все исправить
Подход, основанный исключительно на текущих рыночных ценах, неадекватно отражает преимущества возобновляемых источников энергии. Более того, мы должны исправить существующий дисбаланс. Я предлагаю двоякий подход:
Публикация анализа устойчивости: нам необходимо повысить осведомленность о дополнительных затратах на традиционные источники энергии. IRENA, Международное агентство по возобновляемым источникам энергии, будет продвигать существующие анализы устойчивости всех источников энергии, отображать их соответствующий углеродный след, количество воды, необходимое для производства, и последующие затраты, а также делать их доступными для широкой публики.IRENA создаст базу знаний и соберет достоверную информацию о мировом энергетическом секторе. В своей работе с правительствами, общественностью и другими заинтересованными сторонами IRENA будет постоянно выступать против устоявшихся предрассудков, в том числе о том, что возобновляемые источники энергии дороги.

Интернализация внешних эффектов: Энергетические технологии с выбросом углерода должны предлагать способ уменьшить влияние дополнительных затрат, которые они создают. В этой связи налог на выбросы углерода является адекватным инструментом. Другое решение — прямая поддержка возобновляемых источников энергии.Зеленый тариф на электроэнергию, который со временем снижается с учетом технологического развития, гарантирует, что возобновляемые источники энергии могут внести свой вклад в снижение выбросов парниковых газов. Еще одно решение — освобождение от налога на биомассу, производимую экологически рациональным способом. Каждая страна сама решает, какой путь ей выбрать. IRENA будет помогать своим членам в разработке правильных политических, экономических и социальных рамочных условий, чтобы их политика, программы и постановления имели желаемое воздействие.

Хотя в прошлом возобновляемые источники энергии были «обездоленными», они развивались чрезвычайно хорошо. Учитывая их преимущества для общества, окружающей среды и глобального климата, их широкомасштабное внедрение в мировую экономику, безусловно, не слишком дорогое удовольствие. IRENA будет помогать своим членам в достижении этой цели, направляясь в мир, который на 100 процентов основан на возобновляемых источниках энергии. Я уверен, что в будущем оборудование для возобновляемых источников энергии будет продаваться в крупных супермаркетах — как сегодня ноутбуки и мобильные телефоны.

10 удивительно простых источников альтернативной энергии

Конечно, вы слышали о ветровой и солнечной энергии, биотопливе, гидроэлектроэнергии, приливной энергии и энергии волн, но мать-природа предоставляет бесконечное изобилие альтернативных источников энергии помимо тех, которые мы используем сегодня. Чистая, зеленая энергия повсюду в мире природы, и ученые только начали отвечать на вопрос, как ее использовать. Вот список из 10 практических источников альтернативной энергии, о которых вы, вероятно, никогда не слышали.

Сила морской воды

Его называют «соленой водой», «осмотической энергией» или «голубой энергией», и это один из самых многообещающих новых источников возобновляемой энергии, который еще не полностью задействован. Так же, как для опреснения воды требуется огромное количество энергии, энергия вырабатывается, когда происходит обратное, и соленая вода добавляется к пресной воде. Посредством процесса, называемого обратным электродиализом, силовые установки с синей энергией могут улавливать эту энергию, поскольку она естественным образом выделяется в устьях рек по всему миру.

Гелиокультура

Этот революционный процесс под названием гелиокультура был впервые разработан компанией Joule Biotechnologies и позволяет получать топливо на основе углеводородов путем объединения солоноватой воды, питательных веществ, фотосинтезирующих организмов, углекислого газа и солнечного света. В отличие от масел, приготовленных из водорослей, гелиокультура производит топливо напрямую — в виде этанола или углеводородов, — которое не нужно очищать. Этот метод по существу использует естественный процесс фотосинтеза для производства готового к употреблению топлива.

Пьезоэлектричество

Поскольку человечество в мире приближается к колоссальным 7 миллиардам, использование кинетической энергии человеческого движения может стать источником реальной силы. Пьезоэлектричество — это способность некоторых материалов создавать электрическое поле в ответ на приложенное механическое напряжение. Размещая плитки из пьезоэлектрического материала вдоль оживленных пешеходных дорожек или даже на подошвах нашей обуви, электричество может вырабатываться с каждым нашим шагом, превращая людей в ходячие электростанции.

Преобразование тепловой энергии океана (OTEC)

Преобразование тепловой энергии океана или сокращенно OTEC — это система преобразования гидроэнергии, которая использует разницу температур между глубокой и мелкой водой для питания теплового двигателя. Эту энергию можно использовать, строя платформы или баржи в море, используя термические слои, находящиеся между глубинами океана.

Человеческие сточные воды

Какая сила? Даже бытовые сточные воды можно использовать для производства электроэнергии или топлива.Уже реализуются планы по заправке общественных автобусов в Осло, Норвегия, бытовыми сточными водами. Электричество также можно вырабатывать из сточных вод с помощью микробных топливных элементов, в которых используется биоэлектрохимическая система, которая управляет током, имитируя бактериальные взаимодействия, встречающиеся в природе. Конечно, сточные воды также можно использовать в качестве удобрения.

Сила горячего камня

Энергия горячих горных пород — это новый тип геотермальной энергии, который закачивает холодную соленую воду в породу, нагретую теплопроводностью от мантии Земли и распадом радиоактивных элементов в коре.Когда вода нагревается, создаваемая энергия может быть преобразована в электричество с помощью паровой турбины. Преимущества энергии горячего камня заключаются в том, что выходную мощность можно легко контролировать, и она может обеспечивать энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.

Энергия испарения

Вдохновленные растениями, ученые изобрели синтетический микровыделенный «лист», который может поглощать электроэнергию из испаряющейся воды. Пузырьки воздуха могут закачиваться в «листья», генерируя электричество за счет разницы в электрических свойствах воды и воздуха.Это исследование может открыть путь к более грандиозным способам улавливания энергии, создаваемой испарением.

Вихревые колебания

Эта форма возобновляемой энергии, которая черпает энергию из медленных течений воды, была вдохновлена ​​движением рыб. Энергию можно улавливать, когда вода протекает мимо сети стержней. Вихри, или водовороты, образуются поочередно, толкая и таща объект вверх, вниз или из стороны в сторону, создавая механическую энергию.Это работает так же, как рыбы изгибают свои тела, чтобы скользить между вихрями, сбрасываемыми телами рыб перед ними, по сути, следуя друг за другом.

Добыча Луны

Гелий-3 — это легкий нерадиоактивный изотоп, обладающий огромным потенциалом для выработки относительно чистой энергии за счет ядерного синтеза. Единственная загвоздка: это редкость на Земле, но в изобилии на Луне. Осуществляется множество проектов по добыче Луны для этого ресурса.Например, российская космическая компания РКК Энергия объявила, что считает лунный гелий-3 потенциальным экономическим ресурсом, который будет добываться к 2020 году.

Солнечная энергетика космического базирования

Поскольку на энергию солнца в космосе не влияют 24-часовой цикл дня и ночи, погоды, времен года или фильтрующего эффекта атмосферных газов Земли, в настоящее время разрабатываются предложения по выводу солнечных панелей на орбиту и передаче энергии для использования на Земле. .Технологический прорыв здесь заключается в беспроводной передаче энергии, которая может осуществляться с использованием микроволновых лучей.

Из фуги в медузу: 10 нетрадиционных «чистых» источников энергии

Сейчас мы живем в «десятилетии изменения климата». На данный момент у нас меньше 10 лет, чтобы переключить наши источники энергии, чтобы ограничить глобальное потепление и его последствия. много, много последствий.

Мы уже наблюдаем эти эффекты в виде экстремальных погодных условий. В прошлом месяце июля было третьим по величине в мире июля за всю историю наблюдений.Сильное наводнение , недавно обрушившееся на Германию , привело к гибели людей и потере средств к существованию. лесных пожаров бушуют в Турции, пока мы говорим, и мы теряем видов растений и животных в процессе.

Многие эксперты сходятся во мнении, что инновации и нестандартное мышление будут ключевыми элементами в решении климатического кризиса, который часто называют «злой проблемой» . К счастью, ученые всего мира исследуют нетрадиционные, удивительные и, в некоторых случаях, сомнительные источники энергии.Все они стремятся обеспечить дешевую экологически чистую электроэнергию, чтобы конкурировать с нефтью и газом.

«Учитывая, что потребление энергии удвоится к 2050 году , мы решили найти наиболее интересные энергетические испытания и схемы зеленой энергии от лучших ученых мира. Мы были очарованы, узнав, что в недалеком будущем танцы на вашей кухне могут привести в действие ваш чайник, а отходы из вашей ванной могут быть использованы для душа », — говорит эксперт по энергетике Бен Галлицци ( money). co.uk , проводивший исследование.

Итак, какие 10 альтернативных источников возобновляемой энергии, вероятнее всего, будут снабжать наши дома энергией в ближайшем будущем, и где они впервые используются?

10. Poo Power — Великобритания

2 000 новых домов в Кингстон-апон-Темзе, Лондон, будут питаться от пу. Эта революционная схема, также известная как энергия биогаза, использует тепло от отходов жизнедеятельности человека для выработки электроэнергии. Его возглавляет водная компания Thames Water.

«Мы не только обеспечиваем жизненно необходимые услуги, чистую и свежую питьевую воду миллионам клиентов каждый день, но и создаем надежную, доступную и устойчивую электроэнергию путем обработки сточных вод.Для нас следующая остановка — чистый ноль », — говорит Сара Бентли, генеральный директор Thames Water.

9. Полы с кинетической энергией — Нидерланды

Полы с кинетической энергией — это, по сути, плитка, которая превращает ваши шаги в электричество. Они могут привести в действие все, от уличного освещения до интерактивной рекламы.

В лондонском метро уже есть эти умные плитки для выработки энергии, так что скоро мы увидим и перейдем к большему количеству таких плиток в повседневной жизни.

И тусовщиков танцуют на них в ночных клубах Роттердама.

8. Pee power — UK

Если числа два могут питать наши дома, то почему не число единиц?

Pee power , известная учеными как энергетическая система микробных топливных элементов, была разработана Бристольским университетом и в этом году будет впервые опробована в домашних условиях.

7. Какао — Кот-д’Ивуар

После успешных пилотных проектов, Кот-д’Ивуар начал работу над заводом по производству биомассы , который будет работать на отходах какао . Завод будет базироваться в Диво, городе, который производит много какао в стране.

Части завода, оставшиеся после производства какао, будут сжигаться на заводе по производству биомассы, помогая вращать турбину и вырабатывать электроэнергию, как на традиционной электростанции, работающей на ископаемом топливе.

6. Солнечные дороги — Германия

Первые солнечные дороги, испытанные в Нормандии, Франция, оказались провалом , поскольку они буквально рухнули, но ученые из Германии и Австрии думают, что у них есть лучшее решение.

Солнечная магистраль оснащена солнечными панелями на навесе, установленными над существующими магистралями, которые могут обеспечивать электроэнергией дома и предприятия в этом районе.

Существует трехлетний план изучения того, как они могут покрыть 13 000-километровую сеть автомагистралей, но, исходя из энергопотребления Германии в 2019 году, солнечная магистраль покроет 9 процентов от общего энергопотребления. Это эквивалентно 1/3 энергии, необходимой для питания каждого дома в стране.

5. Крематории — Великобритания

Некоторые назвали бы это мертвой жарой. В Великобритании сейчас кремируют 79 процентов людей , что составляет около 470 000 человек ежегодно в 300 крематориях Великобритании.

Одна кремация могла привести в действие 1500 телевизоров. Крематорий в Дареме был первым крематорием в 2011 году, и с тех пор мы видели, как крематорий Ольборга в Дании зарабатывал деньги, продавая тепло близлежащим деревням. Похожий проект в Реддиче, Великобритания, нагревает воду в соседнем бассейне с помощью тепла, которое он производит.

4. Медуза — Швеция

Ключ к этому типу силы лежит в зеленом флуоресцентном белке (GFP) медузы, который придает им жуткое свечение.Это вещество реагирует на ультрафиолетовый свет и возбуждает электроны.

В то время как первые открытия были сделаны благодаря тому, что смешали медузы вместе , теперь ученые могут выделить белок и синтезировать его в лаборатории, что делает его более подходящим для веганов.

Затем белок можно производить в солнечных батареях.

В настоящее время этот производственный процесс очень энергоемкий, поэтому, если бы этот силикон можно было заменить медузами GFP, воздействие на окружающую среду при производстве солнечных панелей было бы уменьшено.

3. Морские водоросли — Шотландия

Морские водоросли имеют множество удивительных применений , и теперь автомобиль, работающий на шотландских водорослях, успешно преодолел 50-мильное путешествие.

Автомобиль выехал из Датского технологического института в городе Орхус и прошел тест-драйв по типичным городским дорогам и автомагистралям, чтобы позволить ученым увидеть, как он работает.

Это было частью финансируемого ЕС проекта под названием MacroFuels, в рамках которого разрабатывались более чистые альтернативы стандартному бензину и дизельному топливу путем производства биотоплива, полученного из морских водорослей и водорослей.

2. Тепло тела — США

Один из крупнейших торговых центров в Америке (у него даже есть свой почтовый индекс), the Mall of America в Миннеаполисе, частично нагревается за счет вторичного тепла от покупателей.

Единственными отапливаемыми зонами являются входы, поэтому в остальной части торгового центра разумно используются осветительные приборы, световые люки и тепло тела от более чем 109 000 посетителей и сотрудников в день.

Эта система настолько хорошо справляется со своей задачей, что даже зимой, когда температура может опускаться ниже нуля, в торговом центре используется система кондиционирования воздуха, чтобы поддерживать температуру в 21 ° C, комфортную для покупателей.

1. Коровы в рюкзаках — Аргентина

Самым нетрадиционным источником энергии должны быть коровы в рюкзаках.

Аргентина с более чем 55 миллионами коров является одним из ведущих производителей говядины. Метан от коров в 23 раза эффективнее углекислого газа задерживает тепло в атмосфере.

И поэтому исследователи прикрепили пластиковых упаковок в виде воздушных шаров к спинам десяти коров. В каждой упаковке есть трубка из желудка животного, по которой собирается газ.

Несмотря на то, что рюкзаки являются новинкой, существует реальная возможность вырабатывать электроэнергию из метановых варочных котлов на молочных фермах, которые можно использовать на месте. Они улавливают метан из навоза и при этом сокращают затраты фермера на электроэнергию.

Излишки могут быть проданы государственной или частной компании, заменив потребность в электроэнергии от электростанций, работающих на ископаемом топливе.

Альтернативы энергии

W. Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Столкнувшись с истощением ресурсов и изменением климата, мировая экономика нуждается в новых источниках энергии. Рост мирового спроса на энергию по-прежнему удовлетворяется в основном за счет нетрадиционных ресурсов нефти и газа, дополняемых усилиями по повышению энергоэффективности. В будущем возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнца, могут стать все более важными.Однако неясно, могут ли доступные альтернативы энергии поддерживать уровни потребления энергии, которыми в настоящее время пользуются в богатых странах.

Введение

С начала 20-го ^-го -го века, когда нефть заменила уголь и биомассу в качестве основного источника энергии для промышленного мира, мы живем в эпоху нефти и извлекаем выгоду из обильных и дешевых ископаемых видов топлива. По прошествии примерно ста лет стабильного роста потребления нефти становится все более очевидным, что будущие запасы больше не могут считаться само собой разумеющимися из-за истощения ресурса — пиковое значение для традиционной нефти приходилось на 2005-2010 годы (тогда как пик добычи угля кажется неизбежным).Это затруднительное положение с ресурсами, усугубляемое изменением климата, вызванным выбросами углерода в результате сжигания ископаемого топлива, требует замены нефти и других ископаемых видов топлива альтернативными источниками энергии.

Интерес к альтернативной энергии, и в частности к альтернативным видам топлива для транспорта, не нов. Альтернативные виды топлива и автомобили, работающие на альтернативном топливе, разрабатывались и тестировались десятилетиями. Однако движущие силы развития технологий топлива и трансмиссии значительно изменились, как схематически показано на Рисунке 1 — прогнозе, разработанном аналитиками Volkswagen на рубеже 21 ^{-го века} века [909] .

В 1990-х годах интерес к альтернативным видам топлива в значительной степени был обусловлен желанием сократить выбросы загрязняющих веществ, в основном в крупных городских центрах. В 21 ^и веке приоритеты сместились с выбросов выхлопных газов на выбросы парниковых газов (ПГ), а также энергоснабжение и безопасность — с гораздо более короткими временными рамками для изменения. Межправительственная группа экспертов ООН по изменению климата (МГЭИК) призвала к глобальному сокращению выбросов CO ₂ на 45% по сравнению с уровнями 2010 года к 2030 году, достигнув чистого нуля около 2050 года [4218] .«Чистый ноль» означает, что любые оставшиеся выбросы необходимо будет уравновесить путем удаления CO ₂ из воздуха, например, путем обращения вспять продолжающейся вырубки лесов на планете и использования технологий связывания углерода, которые еще не были разработаны. Сроки и потенциальные последствия истощения энергоресурсов привлекают меньше внимания общественности, чем изменение климата, и даже менее очевидны. Однако снижение рентабельности инвестиций (EROI) и рост стоимости энергии на единиц ископаемого топлива, скорее всего, были важным фактором, приведшим к глобальному финансовому кризису 2008 года и последовавшему за ним вялому восстановлению за счет долга.Также очевидно, что нефтяные ресурсы играли ключевую роль в международных отношениях и войнах, которые велись в 21, ^и годах.

За последние несколько десятилетий был рассмотрен и опробован ряд альтернативных вариантов энергии. Примерно на рубеже 21–^– гг. Биотопливо, включая биодизель и кукурузный этанол, активно продвигалось в нескольких странах (например, в Европейском Союзе) политикой и постановлениями правительства на высоком уровне. Только после того, как стало очевидно, что, если учесть влияние их жизненного цикла (включая выбросы от сельского хозяйства и от преобразования сырья в топливо), биотопливо лишь незначительно эффективно снижает выбросы парниковых газов и в некоторых случаях может производить выбросы, превышающие выбросы от нефтяное топливо, политика стимулирования спроса на биотопливо была прекращена или даже полностью изменена (например,g., цели Директивы ЕС по возобновляемым источникам энергии в отношении биотоплива).

Другой пример политики в отношении альтернативного топлива, которая так и не была реализована, — это инициатива Hydrogen Economy , объявленная правительством США в 2003 году, которая должна была снизить зависимость США от импортируемой нефти. Самым своеобразным аспектом политики водородной экономики было то, что водород является не источником энергии, а просто энергоносителем. Никогда не было убедительно объяснено, что будет основным источником энергии для водородного топлива.В то время казалось, что водородная экономика будет подпитываться в основном природным газом. В течение нескольких лет, после увеличения добычи легкой плотной нефти (LTO) из сланца, политика США в отношении водородного топлива была отменена, а финансирование исследований и разработок топливных элементов было существенно сокращено. Однако, несмотря на неудачу инициативы «Водородная экономика», водород по-прежнему остается одним из вариантов энергоносителя, который рассматривается в будущем.

Большая часть проводимой в настоящее время политики в области альтернативной энергетики опирается на возобновляемую электроэнергию , при этом ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические (фотоэлектрические) элементы рассматриваются в качестве ключевых технологий для сбора возобновляемой энергии ветра и солнечного света.Конечно, электрическая энергия не может обеспечить наш существующий автопарк, большая часть которого использует жидкое углеводородное топливо и инфраструктуру. Таким образом, автомобили с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) должны быть заменены на электромобили с аккумуляторной батареей (BEV) и водородные на электромобили на топливных элементах (FCEV), при этом гибридные электромобили (PHEV), играющие важную роль в переходный период. Переход на электромобили (EV) будет сопровождаться развитием не одного, а двух параллельных инфраструктурных проектов: инфраструктуры зарядки электромобилей и инфраструктуры заправки водородом.

Учитывая огромные размеры существующей производственной базы и инфраструктуры жидких углеводородных топлив, а также более чем 100-летние сроки, которые потребовались для разработки, замена ее в течение нескольких десятилетий была бы проектом грандиозных масштабов. Возможно, не стоит удивляться тому, что после нескольких десятилетий политической поддержки и инвестиций переход на возобновляемые источники энергии все еще остается далекой целью. На рисунках 2 и 3 показана статистика энергопотребления BP [3905] и IEA [4255] соответственно.Хотя эти два набора данных основаны на разной методологии, они показывают одну и ту же картину: возобновляемые источники энергии продолжают играть лишь ограниченную роль в общем энергобалансе, а темпы потребления возобновляемых и ископаемых источников энергии растут — другими словами, возобновляемые источники энергии не заменяют ископаемого топлива, а дополняют их рост. Например, в 2018 году мировой спрос на энергию вырос на 2,3%, при этом ископаемое топливо удовлетворяет почти 70% прироста [4254] .

Возобновляемые источники энергии = энергия ветра + солнца + геотермальная энергия + энергия волн. Преобразование электроэнергии (возобновляемые источники, гидроэнергетика и атомная энергия) в нефтяной эквивалент предполагает КПД преобразования на тепловой электростанции 38%.

(Источник: Статистический обзор мировой энергетики ВР, 2018 г.)

С учетом сжигания дров — что представляет собой большую часть категории «твердое биотопливо» в анализе МЭА — доля возобновляемых источников энергии в мировом потреблении энергии составляет около 17%.Эта доля оставалась относительно стабильной в течение последних трех десятилетий, Рисунок 3. Ветровая и солнечная энергия заметно выросли с начала 2000-х годов, но их доля в общем потреблении первичной энергии в 2016 году все еще составляла менее одного процента каждая.

(Источник: IEA)

Возникает вопрос: «Почему так сложно заменить масло»? Одним из наиболее важных свойств нефти является ее невероятно высокая плотность энергии , не имеющая себе равных среди любых альтернативных источников энергии (кроме ядерной энергетики).Один баррель (159 л) масла содержит около 1700 кВтч энергии. В качестве наглядного примера, один человек может выполнять около 0,6 кВтч работы в день (100 Вт энергии за 6-часовой рабочий день). Предполагая 250 рабочих дней в году и 35% эффективности преобразования энергии нефти в механическую работу, энергия одного барреля нефти эквивалентна 4 годам ручного труда человека при затратах, равных всего лишь нескольким часам труда ( цена на нефть составляла около 65 долларов за баррель в 2018 году, и это лишь небольшая часть этой цены за несколько десятилетий до первого нефтяного шока в 1973 году).

Жидкие углеводородные топлива, полученные из сырой нефти — дизельное топливо и бензин — обладают рядом свойств, которые не могут сравниться ни с одним другим известным в настоящее время топливом [947] :

• Высокая плотность энергии
• Высокая удельная мощность
• Быстрое высвобождение накопленной энергии при сгорании
• Легко хранить и транспортировать
• Относительно безопасны в обращении
• Имеют существующую инфраструктуру

На рис. 4 сравнивается плотность энергии дизельного топлива и бензина с другими видами топлива, а также двух неуглеродных энергоносителей — водородных и электрических батарей, которые обычно считаются заменой ископаемого топлива.

Помимо физических свойств, есть еще один спорный вопрос, который часто упоминается различными группами, выступающими против энергии ветра и солнца. Возобновляемая энергия, хотя и желательна, не дает мгновенного решения, потому что мы должны использовать унаследованную энергию ископаемого топлива для строительства ветряных турбин, солнечных батарей и сопутствующей инфраструктуры. Утверждается, что возобновляемые источники энергии — это не более чем производная экономии ископаемого топлива. Продолжающийся рост потребления ископаемой энергии, наряду с возобновляемыми источниками энергии, может просто отражать тот факт, что сама отрасль возобновляемых источников энергии является потребителем газа , которому требуется некоторое количество нефти, другой ископаемой энергии и природных ресурсов, добытых и переработанных с использованием ископаемой энергии. расти.

Текущее состояние технологий, кажется, поддерживает этот аргумент — хотя энергия ветра и солнца может быть возобновляемой, устройства для ее сбора зависят от ископаемого топлива на каждом этапе их производства, развертывания и обслуживания. Для производства одной ветряной турбины мощностью 3 МВт требуется 335 тонн стали, 4,7 тонны меди, 1200 тонн бетона, 3 тонны алюминия, 2 тонны редкоземельных элементов, а также цинк, по словам Мароша Шефчовича, вице-президента Европейской комиссии по вопросам Энергетический союз [4259] .Поскольку до тех пор, пока мы не разработаем технологию производства установок для производства возобновляемой энергии, использующих только возобновляемую энергию, без использования ископаемых источников энергии и без потребности в невозобновляемых природных ресурсах, ветровую и солнечную энергию можно будет в лучшем случае охарактеризовать как возобновляемую только частично.

Заглядывая в будущее, мы переключаемся на энергетические альтернативы со стабильно снижающейся энергоэффективностью, что выражается их низкими значениями EROI [4410] . Как видно из рисунка 5, это относится как к ископаемым, так и к возобновляемым источникам энергии, помимо гидроэнергетики, которая имеет отличный EROI, но ограниченный потенциал роста.Единственным другим исключением является энергия ветра, однако ее значение EROI — или значение EROI для солнечных фотоэлектрических — не учитывает резервную мощность или накопление энергии, необходимые для смягчения их неустойчивого характера. Следует подчеркнуть, что впервые в истории человечества промышленные экономики переходят на источники энергии, которые на менее энергоэффективны . Производство полезной энергии (эксергии), чтобы поддерживать индустриальную цивилизацию, потребует все больше, а не меньше усилий [4319] .

Сборник данных из разных источников [4410] . Диапазоны заменены средними значениями.

Несмотря на низкий EROI и другие проблемы, переход на возобновляемые источники энергии остается единственным доступным вариантом на будущее, и его необходимо продвигать вперед. Инвестиции в ветряную и солнечную энергию сравнивают со стратегией сеятеля — давно установившейся практикой ведения сельского хозяйства, позволяющей сэкономить часть урожая текущего года в качестве семян для следующих [4320] .Точно так же общество должно заранее инвестировать ископаемые источники энергии в строительство инфраструктуры возобновляемых источников энергии в будущем. И все же — независимо от того, насколько быстрым, плавным и успешным может быть этот энергетический переход, — маловероятно, что ветровая, солнечная и другие виды возобновляемой энергии смогут поддерживать рост экономики и продолжать поддерживать потребительский образ жизни в богатых странах. Рост мировой экономики и населения мира зависит от увеличения предложения энергии (Рисунок 2). В настоящее время мы не знаем ни одной альтернативы энергии, которая могла бы заменить ископаемое топливо — саму основу экономического роста — при сохранении существующего уровня экономической активности или социального статус-кво.

###